FPGA 学习小组
直播中

臧超楠

7年用户 189经验值
私信 关注

请问FPGA最新发展趋势是什么?

面对掩膜制造成本呈倍数攀升,过去许多中、小用量的芯片无法用先进的工艺来生产,对此不是持续使用旧工艺来生产,就是必须改用FPGA芯片来生产……

回帖(2)

王立冕

2019-10-28 14:36:20
就在半导体大厂持续高呼摩尔定律(Moore’s Law)依然有效、适用时,其实背后有着不为人知的事实!理论上每18至24个月能在相同的单位面积内多挤入一倍的晶体管数,这意味着电路成本每18至24个月就可以减半,但这只是指裸晶(Die)的成本,并不表示整个芯片的成本都减半,然而也要最终成品的良率必须维持才能算数。
      
不能随摩尔定律而缩减的成本,包括晶圆制造更前端的掩膜(Mask)成本,以及晶圆制造更后端的封装(也称为:构装、包装)成本。
      
用低廉劳力来降低封装成本
      
先说明封装成本,每生产一颗芯片都需要一个芯片封装,理论上摩尔定律让芯片面积缩小,连带的封装上的面积用料也可以减少,所以封装成本也可以减少,但实际上不然,事实是:芯片一方面缩小面积,另一方面也让电路更加复杂,所需要的接脚数目增加,同时电路更缩密后其用电量相同,发热量也相同,但却只能用更小的面积来散热。
      
因此,封装无法随裸晶面积一同缩小,反而裸晶缩小后产生更多难题需面对!包括置入更多数目的接脚、更佳的散热性等,所以封装需要投入更多研发资源,另外封装用料成本也必然因此增加,从过去简单的树脂材质,到之后的陶瓷材质,以及更之后的BGA封装、覆晶封装、IC载板等,封装的技术与成本都在逐步提高。
      
不过,欧美半导体大厂既然在晶圆制造上因摩尔定律而获得了成本精省,也必须正视封装成本居高不下的新问题,为了保有产品价格优势,欧美业者积极将封测厂移至海外,特别是移至劳力成本低廉的地方,过去是移至南韩、***、泰国、马来西亚,但近年来则再度迁移,迁至中国内地、越南、东欧,透过低廉劳力让芯片封装成本降低。
      
掩膜成本成指数性上升
      
封装成本可以倚赖低价劳动力来降低,那么更前端的掩膜方面呢?很不幸的,掩膜无法如封装一样用低价劳力来压低成本,相反的,随着晶体管的更缩密化,工艺的更先进化,掩膜的开设成本却只会呈现指数性攀升,130nm(纳米,中国内地方面称为:纳米)工艺缩密成90nm后,晶圆上的电路成本可以缩减一半,但掩膜成本却是要增加数倍。
      
所幸掩膜的开设次数并不多,掩膜建立一次后,可随着日后芯片的大量量产而分摊最初建置掩膜的成本,当产量高到一定的规模数量后,掩膜成本就能均摊到机近于零,所以即便掩膜因工艺提升而增加成本,也不用过于在意。
      
但是,运用量产来均摊掩膜成本的作法已经愈来愈不可行,掩膜成本一次又一次地倍增,光是一组130nm的掩膜就已经破百万美元,但芯片的需求量、产量却无法呈现倍增需求,以致近年来开设新掩膜的件数愈来愈少,从上万件退到数千件。
      
或许如上的描述尚不足以让人感受到严酷性,但从***集成电路制造公司(TSMC)蔡力行在公众场合曾说过的一段话就更能深刻体会:一家无晶圆厂业者(Fabless)新设计的芯片,在第一次试制品(Prototype)完成后,若其特性表现不佳后将必须修改设计,修改后进行第二次的试制,如果第二次试制的表现结果依然不理想,其实就不用进行第三次试制了,因为该业者的竞争对手已经避开其失败经验,一次就推出成功的芯片,即便业者愿意进行第三次尝试,前两次的试制成本已经过高,这些成本都必须转嫁到第三次的芯片上,未来就算能量产,其芯片价格也难与其它业者竞争,与其如此不如不做。
      
很明显的,前两次试制都失败的话,掩膜成本就足以让无晶圆厂芯片业者吃不消,最后必然要退出该芯片产品市场,此后除了加码原有的其它产品芯片外,就只能重新尝试、摸索其它类型的芯片市场。由此可见,掩膜成本已成为极可怕的压力,完全无法用封测厂外移的低价劳力方式抒解。
      
举报

蔡婷

2019-10-28 14:36:28
掩膜难以因应Time-To-Market
      
掩膜不仅成本节节攀升,更麻烦的是掩膜的开设时间无法缩短,每次都需要数十天的时间,然而芯片市场已从过去的信息、通讯市场转移至消费性电子市场,过去资通讯芯片的特点是少样多量,相同一致的芯片需求量极高,开设一次掩膜后可使用很久,并量产出极多芯片,相对的消费性电子的特性是少量多样(变化多)、变化快速,掩膜使用一段时间后就必须因应市场的改变而修改电路,使整组掩膜中有数张掩膜无法适用,必须重新开设。
      
所以,即便掩膜成本没有节节攀升,其变更速度也一样不适合今日的芯片市场,因此许多无晶圆厂业者已逐渐舍弃使用ASIC(用掩膜方式投产的芯片),而用FPGA来推出其设计的芯片。
      
FPGA从麻雀到凤凰
      
FPGA并非是近年来才有的,FPGA一词于1984年就已经出现,至今已经超过20年以上的时间,不过过去十多年时间内FPGA都未受到太多的重视,原因是FPGA的功耗用电、电路密度、频率效能、电路成本等都不如ASIC,在这十多年时间内,FPGA多半只用在一些特殊领域,例如芯片业者针对新产品测试市场反应,即便初期产品未达量产规模,也能先以FPGA制成产品测试。
      
或者有些芯片设计公司承接了小型的设计项目,在量产规模不足下也一样使用FPGA,或如***、军方的特殊要求,不期望使用开放、标准性的芯片与电路,也会倾向使用FPGA。
      
不过如前所述的,在愈来愈多芯片无法用开设掩膜模式投产后,这些芯片一样要上市,就只好以FPGA模式来生产。所幸FPGA也受益于摩尔定律,在工艺技术不断提升下,晶体管愈来愈缩密化,原本相较ASIC逊色的电路密度过低、频率效能过低、电路成本过高等问题,在新一代FPGA上,早已拉近与ASIC间的表现差距。
举报

更多回帖

发帖
×
20
完善资料,
赚取积分