晚上八点,失效分析实验室。
这是海思最贵的实验室之一,设备都是从德国和日本进口的,一台聚焦离子束显微镜就值三百万美元。
平时这里管理严格,进出要穿防尘服,但今晚顾不上了。
陈永仁戴着白手套,小心翼翼地从托盘里取出一片晶圆。
这片晶圆已经经过初步处理,被切成一个个小方块,每个方块就是一个芯片。
在显微镜下,芯片表面布满了规则的阵列——那是几千万个晶体管。
“失效芯片是a3区域,坐标(152,78),”吴瀚指着测试报告,“这个芯片的所有异步fifo都失效了。”
黄文杰操作显微镜,镜头对准那个坐标。屏幕上显示出放大一千倍的图像:一排排整齐的存储单元,像微缩的城市。
“再放大,看栅氧区域。”
放大到一万倍。现在能看到晶体管的细节了:源极、漏极、栅极。栅极下面那层薄薄的二氧化硅,就是栅氧。
“看这里,”黄文杰移动镜头,“栅氧有击穿点。”
屏幕上,一个存储单元的栅氧上有个小黑点,周围有放射状的裂纹——典型的电击穿。
“测量击穿电压。”
数据出来:21v。而正常栅氧的击穿电压应该在5v以上。
“为什么会这么低?”张文龙问。
“两种可能,”黄文杰说,“一是工艺问题,栅氧厚度不均匀;二是设计问题,晶体管工作时承受了过大的电场强度。”
陈永仁调出这个存储单元的设计文件:“这个晶体管,我们在仿真时设定的最大电压是18v,实际工作电压也是18v。按道理,21v的击穿电压应该有足够余量。”
“但这是静态击穿电压,”黄文杰解释,“动态情况下,电压会有尖峰。特别是异步fifo,读写切换瞬间,可能会产生电压过冲。”
“过冲能有多大?”
“取决于寄生电感和电容。如果布局不当,瞬间过冲可能达到静态电压的两倍,也就是36v。这就超过21v的击穿电压了。”
吴瀚脸色变了:“我在设计时,确实没考虑动态过冲。我以为18v的工作电压,用21v击穿电压的器件就够了。”
“这就是经验差距,”黄文杰叹口气,“在台积电,这种高速存储单元要用特殊器件,栅氧更厚,击穿电压更高,但速度会慢一些。”
“那为什么工艺文件里没注明?”
“工艺文件只给标准器件的参数,特殊器件要单独申请。你们没申请,默认用的就是标准器件。”
陈永仁明白了:设计团队太激进,用了高速架构,但没匹配高可靠性器件;工艺团队按标准流程提供器件,但没想到设计会这么激进。两边都没错,但合起来就错了。
“其他失效模式呢?”他问。
“pll失锁,也是类似问题,”张文龙调出另一张图,“高温下,晶体管的阈值电压漂移,导致锁相环失锁。我们的温度补偿电路,补偿量不够。”
“adc通道失配呢?”
“这个倒是纯设计问题,”李敏插话——她也来了,一直安静地听,“四个通道的版图,虽然努力做到等差数列,但寄生参数的不确定性太大。蒙特卡洛仿真时,我们假设工艺波动是高斯分布,但实际可能是长尾分布——小概率事件出现了。”
陈永仁把所有分析记在本子上。写完后,他合上本子,看着实验室里的五个人。
“所以总结起来:三个主要失效模式,一个是设计和工艺协同问题,一个是设计余量不足,一个是概率性事件。都有解决办法,但要改设计,要时间,要钱。”
“还要第二次流片的机会,”吴瀚苦笑,“公司还会给吗?”
这时,实验室门开了,林辰和何庭波走进来。两人脸色都不好看,显然刚从总部回来。
“任总知道了,”何庭波直接说,“他的原话:失败不可怕,可怕的是不知道为什么失败。海思项目继续,但预算砍一半,时间给两个月。”
“砍一半?”陈永仁心里一沉,“第一次流片花了800万,砍一半只剩400万。台积电的流片费就要300万,剩下100万够干什么?”
“所以要想办法省钱,”林辰说,“任总给了个建议:用中芯国际。”
“中芯国际?”黄文杰皱眉,“他们才成立一年,工艺不成熟,良率可能比我们还低。”
“但便宜,”林辰摊手,“中芯国际的025微米工艺,流片费只要80万。虽然工艺落后一代,但如果我们重新设计,优化架构,也许能在落后工艺上实现同等性能。”
“这不可能,”张文龙脱口而出,“工艺落后一代,性能至少差30。”
“不一定,”陈永仁突然说,“如果我们彻底放弃激进架构,回归稳健设计呢?用025微米工艺,但设计余量留足,器件全部用高可靠性版本。性能可能会损失,但良率会提升。”
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他看着林辰:“关键是,我们要做什么样的芯片?是性能领先但可能不稳定的芯片,还是性能够用但绝对可靠的芯片?”
林辰思考了几秒:“你记得任总常说的一句话吗?”
“什么话?”
“华为的设备,最重要的不是性能多高,是在任何环境下都能稳定工作。莫斯科的雪,非洲的沙,中东的热——稳定比性能重要。”
陈永仁明白了:“所以,我们要做可靠的芯片,哪怕性能差一点。”
“对,”林辰点头,“而且,用中芯国际还有一个好处:自主可控。台积电再好,也是台湾企业,受政治因素影响。中芯国际是大陆自己的晶圆厂,供应链安全。”
“那就干,”陈永仁拍板,“用025微米工艺,重新设计,目标良率80以上,性能达到ti c64x的90。”
“但时间只有两个月,”何庭波提醒,“9月28日到11月28日,包括重新设计、验证、流片。来得及吗?”
“来不及也得来,”陈永仁看向团队,“各位,再拼一次?”
吴瀚第一个举手:“拼!这次我把设计余量留足,异步fifo用最保守的结构。”
张文龙:“射频部分我重新设计,全部用成熟架构。”
黄文杰:“我负责和中芯国际对接,把他们的工艺特点摸透。”
李敏、王建国、赵刚……所有人都表态。
林辰看着这群人,眼眶发热。“好,那就再拼一次。这次,我们不求惊艳,但求稳妥。”
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