进入65纳米时代，不要欢呼

当业界很多半导体芯片厂商从130纳米大举进入90纳米技术阶段时，我们时常会感到喧闹之声不绝于耳，这其实就是不久以前的事情。但或许是感官效果上的差异，我们似乎并没有明确听到为进入65纳米而扬起的号角轰鸣。这并不是说进入65纳米时代不值得庆贺，但我们确实认为厂商们在迈出这一步时大多怀着谨小慎微的态度。 

65纳米EDA工具瞄准的市场

EDA厂商大多认为，65纳米设计主要集中在手机等消费类电子领域。这类设计功能非常复杂，对产品上市时间的要求非常高，功耗也经常是影响产品竞争力、甚至是决定产品成败的关键因素。Cadence表示，65纳米技术的应用者涵盖了多个行业细分，包括微处理器、图形、无线和网络等，公司的EDA方案主要针对这些领域的前端逻辑设计师和芯片实现工程师的需求，帮助他们实现更高的性能、更小的芯片面积和更高的成品率，并且使他们在降低芯片功耗的同时不会因为转移到新工艺节点而拖延时间。Synopsys则认为，在65nm工艺节点EDA技术必须满足纳米效应所需的更为细致的晶体管级验证，无线设备中混合信号元件的增加导致对高性能Fast-SPICE仿真的需求。

巨大的挑战和绞尽脑汁的解决方案

转移到65纳米工艺节点对于芯片设计厂商来说可谓喜忧参半，而实际上他们“喜”的前提是“忧”如何解决。好在EDA厂商们最了解和体会芯片设计厂商主要的一些苦恼和困惑，并纷纷开出了他们的有效良方：

典型难题1：验证瓶颈

传统RTL设计和验证方法学已经无法满足与工艺节点转移相关的复杂性的提高，这导致了逻辑和物理设计间的过度迭代、可测试性设计困难以及缺乏解决功耗挑战的手段。总体来说，这些导致了设计过程的可预测性极低，芯片上市时间很可能受到影响。Cadence为此推出了逻辑设计工具平台，这种综合的前端解决方案有助于提高整体设计可预测性和生产力。

典型难题2：混合信号的高效集成

对于混合信号IP，如USB 2.0或PCI Express物理接口，EDA工具用户面临的挑战主要来自芯片制造后的IP集成和IP测试。由于SoC采用数字CMOS技术，因此在转向低电压数字性能时面临着集成的挑战。要将模拟元件和标准逻辑单元结合，就需要一个集成的流程进行混合信号设计。据Synopsys介绍，其解决方案是利用标准数字CMOS技术开发混合信号架构，而无需选择特殊的工艺。Synopsys同时也通过失配仿真和布局效应解决器件变异的问题，目标是提供易与标准CMOS技术集成的IP。Cadence利用其数字设计平台（Encounter）和定制设计平台（Virtuoso）的技术，为Analog-on-Top (AoT)和Digital-on-Top (DoT)设计提供了全面的设计流程。这些流程使用OpenAccess数据库进行混合信号集成，减少模拟和数字设计的反复。

典型难题3：低功耗

比起90纳米节点，65纳米工艺耗散的漏泄功率要高20～30倍。这要求设计团队采用高级低功耗技术，例如多供应电压（MSV）和电源关断（PSO）以降低功耗。不过这些技术的应用可能会拖慢上市时间、降低生产力并提高芯片故障风险。Cadence表示，公司为此将高级低功耗设计工具与设计实现和验证工具进行了集成。

典型难题4：DFM（可制造设计）/DFY（提升良率设计）

65纳米工艺节点为制造带来了一系列新的影响，例如芯片参数变化和光刻/CMP等，而且这些影响因素需要被考虑在内，才能达到既定的成品率目标。这就要求设计团队在预GDS实现阶段之前就要考虑这些制造效应的影响。Cadence提供了集成的解决方案，在RTL-to-GDS II流程中并行地优化成品率和时序、功耗及面积。对于成品率问题，Cadence使用精密的模型进行评估，计算使用关键区域分析、互连线加宽/互连线分散和脱离栅格布线等技术时的制造效应，从而实现更高的成品率。

什么是提升设计效率的方法学？

目前有几种不同的方法致力于提高设计师的生产效率。首先，人们已经在讨论把设计重用当成一种利用已有或已验证的IP模块的方法。设计重用能成功地运用在需要几种衍生产品或系列产品的应用中，但对有些应用而言，设计重用并没有多大用处。针对弥合生产效率期望与实际生产效率之间的鸿沟而言，ESL（电子系统水平设计）是另外一种途径，不过它缺乏通用工具的支持。Magma表示，人们使用ESL的一种担心是生成的设计可能不如传统手工编写代码的RTL（寄存器传输级）高效。所以在ESL更为成熟并且可适用于更广泛的应用后，人们才会考虑用ESL来提高设计师的生产效率和TAT（turn-around time）以及节省其他方面的成本。Cadence认为，ESL应该利用验证过程自动化带来的好处，并包含系统集成与验证，它必须为系统工程师、逻辑设计师、软件工程师、验证工程师和系统确认团队所使用。

从基于规则转向基于模型的工艺

Cadence认为，在65/45纳米节点，一些制造效应如光刻、蚀刻和CMP会在很大程度上影响芯片时序、芯片上参数变化和成品率，传统的基于设计规则的DRC技术逐渐失效。为精确评估这些制造效应的影响，设计师需要使用成熟的光刻、蚀刻和CMP模型以及关键区域分析技术进行成品率估算。此外，库单元描述和物理验证步骤也需要使用这些模型和成品率计分方法解决制造效应。

Magma认为，要成功完成65纳米设计，需要使用一种综合了基于工艺规则和基于模型的设计方法。如果以效率为目的，那基于工艺规则的方法是必要的，但是某些情况下，通常需要补充使用基于模型的设计方法来提高设计准确度。基于模型的方法在两个方面有助于提高设计精度，分别是光刻工艺检查(LPC)和化学机械抛光（CMP）仿真。基于模型的设计方法成功的关键在于速度，精确度，和对设计师的透明度。只要不打乱现有的设计流程或者出货（tape-out）计划，如今的设计师都期待其芯片设计能更易制造并且有更高良率。

从65纳米走向45纳米

Cadence表示，转移到45纳米后，系统级芯片将在多模式、速度、数模混合集成度和功耗等方面面临更加苛刻的要求。而且，45纳米工艺节点还将进一步加剧制造能力和成品率相关的挑战，例如光刻、蚀刻和CMP的影响将更加显著，芯片参数变性将会更加恶化；功耗将会比对应的65纳米情况下激增25倍以上。为解决这些问题，Cadence针对45纳米EDA工具产品规划包括能意识光刻效应的布线及优化、off-grid布线的基于空间的优化、拓扑模式检测、预防与分析、支持多供电电压(MSV)、电源关断(PSO)和动态电压频率调节(DVFS)等高级低功耗技术的设计、验证和实现流程等等。

Magma认为，从65纳米到45纳米的转换比90纳米到65纳米的转换相对来说直接得多。在45纳米工艺下进行设计时，IP供应商、IDM、Foundry和fabless厂商的密切合作成为取得成功的关键。而且，控制随机化的、系统化的和参数化的良率下降问题的DFM技术也将成长为IC设计流程中不可或缺的重要部分。

观点集萃：

1.        在65nm工艺节点，EDA技术必须满足纳米效应所需的更为细致的晶体管级验证。

2.        传统RTL设计和验证方法学已经无法满足与工艺节点转移相关的复杂性的提高，这导致了逻辑和物理设计间的过度迭代、可测试性设计困难以及缺乏解决功耗挑战的手段。

3.        无线设备中混合信号元件的增加导致了对高性能Fast-SPICE仿真的需求。

4.        要将模拟元件和标准逻辑单元结合，就需要一个集成的流程进行混合信号设计。

5.        人们使用ESL的一种担心是生成的设计可能不如传统手工编写代码的RTL高效。所以在ESL更为成熟并且可适用于更广泛的应用后，人们才会考虑用ESL来提高设计师的生产效率和TAT（turn-around time）以及节省其他方面的成本。

6.        传统的基于设计规则的DRC技术逐渐失效，为精确评估制造效应的影响，设计师需要使用成熟的光刻、蚀刻和CMP模型以及关键区域分析技术进行成品率估算。

7.        如果以效率为目的，那基于工艺规则的方法是必要的，但是某些情况下，通常需要补充使用基于模型的设计方法来提高设计准确度。基于模型的方法在两个方面有助于提高设计精度，分别是光刻工艺检查(LPC)和化学机械抛光（CMP）仿真。

8.        更多的设计意图要提供给制造环节，同样更加精确的物理和电气性能数据与模型也要提供给设计实现环节。

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字符化到可视化的转变

当年我们听到SoC（System-on-Chip）这个词汇的时候，第一个念头就是惧怕它的复杂程度，很难想象把一个工作桌面上的全部系统集成到一个指甲盖大小的芯片壳子里会是怎样的过程。但是今天，厂商们开始强调的，已经是片上网络系统的概念了（Networking on Chip），要真是把一个机房里的所有东西都“塞”到一个芯片里，那芯片的复杂程度真是“相当”可怕啊！

在这种规模和复杂度的芯片设计要求下，设计者正转向基于模型的开发方式，以缩短软件开发周期，并简化功能修改或硬件升级。尽管统一建模语言（UML）很复杂，但它为开发团队提供了一种开放的标准，用于嵌入系统架构的建模。建模软件有内置的错误检查、自动化文档生成以及逆向工程，可以消除很多常见的软件错误。系统模型与仿真器可以让设计者在交付原型硬件以前测试系统的性能，并准备好最终的目标代码。

而实际上，除了在设计环节强调模型化的方式，在芯片产品的后端环节中也在倡导着模型化的趋势，只是后端“模型化”的含义和前端的并不相同。Cadence认为，在65/45纳米节点，一些制造效应如光刻、蚀刻和CMP（化学机械抛光）会在很大程度上影响芯片时序、芯片上参数变化和成品率，传统的基于设计规则的DRC技术逐渐失效。为精确评估这些制造效应的影响，设计师需要使用成熟的光刻、蚀刻和CMP模型以及关键区域分析技术进行成品率估算。此外，库单元描述和物理验证步骤也需要使用这些模型和成品率计分方法解决制造效应。

不管是前端贯穿系统整体架构的设计“模型”，还是后端为了提升良率的工艺“模型”，它们都有一个共同的特点：就是让程序或者语句行变成可以“看得见”的东西。面对如此庞大和复杂的系统，如果还是用满屏幕的字符而不是用“可视化”的表现方式，确实不太容易让工程师放心。

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WIMAX 在中国 估计拼不过 802.11N

Wi-Fi联盟近日特别推出了802.11n草案2.0版产品认证项目，通过该认证规范测试的产品能够确保接入带宽、传输速率、射频覆盖范围等性能方面的指标和互操作性，并向后兼容802.11a/b/g和支持WPA2（无线安全保护接入）要求。从今年6月底开始，包括位于北京测试中心在内的全球共11处802.11n草案2.0版产品指定认证机构会正式启动。

与传统的Wi-Fi产品相比，802.11n草案2.0版标准由于采用了MIMO（多入多出）和OFDM（频分正交）技术，使得无线系统性能更加突出，可提供5倍的数据流量及2倍的网络覆盖范围，平均工作带宽可以达到250Mbps左右。

“为什么我们在草案阶段也要推出802.11n产品认证标准？”，Wi-Fi联盟董事总经理Frank Hanzlik表示，“这是应市场和产品提供商的要求，他们希望能够尽快出台确保其产品性能和互操作性的802.11n测试标准。我们一直积极努力地开展相关的标准化工作，预计2009年上半年802.11n草案标准将被正式标准完全取代。”

从市场发展而言，2006年全球Wi-Fi产品出货量超过2亿（数据来源：In-Stat），几年后将超过年均10亿的出货量（数据来源：ABI Research）。Wi-Fi联盟认为，这一高速增长主要的驱动因素就是Wi-Fi的应用已经从笔记本电脑用户产品走向消费电子产品。同时，整个市场对802.11n的接受度或者采用率的增长速度也是非常快的，到2012年全球市场中的Wi-Fi芯片将有90％支持802.11n标准（数据来源：ABI Research）。Frank Hanzlik表示，最初的认证工作主要侧重在笔记本电脑和路由器等产品，再过一年将开始针对消费电子和手机等产品。

在谈到未来802.11n标准的应用市场时，Frank Hanzlik表示：“802.11n标准是基于非授权频率的无线技术，今后的应用方向是将与授权频率技术相融合，具体而言就是进一步集成到手机产品平台中。Wi-Fi联盟已经针对802.11a/b/g与手机产品的融合，开展了一系列安全、射频性能、多媒体传输、功耗优化方面的研究与测试项目，未来也将有大量手机集成802.11n标准。”

以前，我在报道本土TD-SCDMA芯片厂商发展策略的文章中提出了一个建议：希望他们尽快开始考虑在手机平台中集成WiMAX，现在看来这未必是最好的建议了。因为我突然意识到WiMAX和通常的3G或者3.5G一样，属于授权频率下的无线通信技术，也就是说运营商到底要不要搭建WiMAX基站还不得而知。既然802.11n标准有优异的无线带宽和覆盖范围，而且是非授权频率下的无线技术，那么它应该更加适合集成到广域通信终端里作为无线运营网络的补充。

从全球市场来看，很多欧美厂商已经把802.11a/b/g用集成或者扩展接口的方式整合到手机产品中了，而在这方面国内手机厂商尚无建树。现在802.11n标准研究机构正在努力使该技术适用于手机产品，我想这是国内手机厂商在产品设计规划方面遇到的绝佳机会。如果能够有效地集成802.11n标准，将帮助国内手机厂商在系统设计水平上大大拉近与国际手机巨头的距离。

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谁来融合这些“融合网络”？

 作者：王小庆,  EDN China执行主编  发表时间：2007-07-05

一个白领人士在家中将PC里的一些影音文件传输到自己的手机中，然后拿上他的公文包离开家，走出单元楼，在一个咖啡厅里吃了午饭，接着乘坐出租车来到机场，办完手续后登上去外地的飞机，在机舱里刚一坐定就紧张地参加已经开始的电话会议，会议结束后他还和不知姓名的网上玩家进行了一场激烈的对抗游戏，一直到他所乘坐的飞机到达目的地，这个白领人士的手机从始至终都使用着品质良好的无线网络服务（航线过程中开通民用手机通信是早晚的事情，实验技术早就有了），这恐怕就是厂商们大张旗鼓宣传着的“融合型”网络。

　　这种网络好吗？当然人总是喜欢看到事物好的那面，但是技术提供商们为打造这样的网络真的正在绞尽脑汁。当年世界各个市场地区的人们都建立了符合当地习惯和资源拥有状况的通信协议与模式，这也使得本来为了给人们的通信带来便利的网络在地区间市场形成的过程中默默设置了天然的壁垒。厂商们终于发现，在同样的通信覆盖范围内，“殊途同归”性质的技术有点多了，于是大家开始提倡一种融合性质的网络，推 
动业界开发一种具有理想集成性和开放性的平台，以此消除市场地区间的技术采纳和部署障碍。

　　为了整合种类繁多的“殊途同归”技术与网络，业内已经开始推出新的多标准、多模式、多频段都能适用的通信平台。但是，我们发现了一个更加可怕的事情：如果以前有十种主要的无线通信技术，那么融合这些通信技术的技术很可能要超过十种，这岂不成了越融合越乱套吗？我听过WUSB加蓝牙，也听过GPS加DVB-H加GSM，更听过3G加Wi-Fi或者WiMAX，相信这些解决方案的初衷是好的，但这些性质不同的“融合”网络技术依然会像融合时代以前的那些网络一样纷乱，甚至会产生更加残酷的市场争夺。

　　在这里我忽然想到了中国的战国时期，当时诸侯纷争，局面动荡，于是“合纵”与“连横”开始活跃起来，但是最后的结果是什么？当然是战国时代变成了秦朝，这是因为秦国拥有了不可抗拒的力量，大到可以直接击败另外六国的合力。虽然这是一个突然的念头，历史学上的东西好像也和通信网络市场的发展无关，但是我却有了一个信心十足的观点：与其考虑怎样融合现有的纷繁复杂的各种通信网络，不如再创造一种能带来新的高性能、高自由度用户体验的技术，重新划出市场“大饼”。

　　这种技术需要具备哪些条件？首先我认为它的目的不应该是替代3G，这与“秦灭六国”的比喻不完全对应，因为这种广域网络技术已经拥有太大的用户基础，没必要花那么大的精力打破数亿人口之间已经形成的通信习惯；其次，这种技术最好是非授权频率通信技术，因为如果属于授权频率技术，那么必然涉及到基站建设问题（比如WiMAX），而我至今也没听说哪些通信运营商在搞什么多模基站的规划；第三，该技术在家庭、驻点、小区和街道中能够确保高品质的带宽和覆盖能力，对广域网络通信技术提供有力的补充。

　　万幸的是，这种技术已经开始从实验室走向市场了，它就是802.11n，其数百兆的用户带宽和大半径的热点覆盖能力，再加上它依靠的是固定网络节点而非无线基站，就注定了“3G加802.11n”将成为新一代手机通信网络的最佳方案，而且802.11n未来的集成成本也将进一步降低，因此我认为这是授权频率和非授权频率通信技术之间最理想的融合方式。

　　我并不是说“3G加802.11n”能够满足全世界100%的手机用户需求，而是我认为先不必太过担心超广域范围内的通信需求，因为普通大众谁也不会轻易老往无人沙漠和大洋荒岛上跑。也许有人会问，那在飞机上要求通话的需求怎么办？我觉得就现实考虑的话，最好还是在机舱内的专门区域提供这样的电话设备吧，反正我坐飞机的时候是要图个清净，倘若几百人在飞机上都忙着打电话，那种情景想想也是挺骇人的。

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MIPS：推广架构、价值与生态圈

作者：王小庆，EDN China执行主编  发表时间：2007-05-10

迄今为止，MIPS在中国市场已经拥有25家客户，公司在上海的办事处也刚刚扩建迁址，目前正在面向国内的数字电视、通信等应用方向开发从低端到中高端的IP硬核产品。或许是因为中国市场的重要性，此次MIPS 公司的全新上海办事处亮相活动是由公司首席执行总裁John Bourgoin亲自主持，我们也借机和他进行了专门的交流，了解到了MIPS公司的发展方略。

　　市场目标——
　　我们提供的不是通用PC处理器

　　今天，MIPS-Based 设计集成在全球上百万的产品中，包括Linksys的宽带设备、佳能的数码相机、索尼的数字电视和娱乐系统、先锋（Pioneer）的 DVD刻录机、摩托罗拉的数字机顶盒、思科的网络路由器和惠普的激光打印机。虽然都是提供32位和64位CPU架构，但MIPS关注的却并不是所谓通用PC和服务器市场。从IP的发运量来看，MIPS已经拥有59%的集成性DTV市场，70  
%的DVD-R市场和55%的Wi-Fi无线市场，John Bourgoin表示：“视频游戏、数据传输和高端打印机是MIPS公司64位架构的主要应用。”

　　价格问题——
　　价值定位比价格定位更加重要

　　MIPS给人的感觉可能是价格居高不下，但是John Bourgoin表示，公司强调的不是IP价格这一个因素，而是“3 个P”的价值体系，也就是在价格（price）、性能（performance）和功耗（power）三个方面达到总体最佳的状态。从价格方面，公司会打造尺寸更小的裸片，从而降低大规模制造成本。同时，公司也致力于为便携产品应用系统提供最小的功耗水平。在性能方面，强调功能的汇聚优势，从而有利于用户增加更多的多媒体应用。

　　创新技术——
　　多线程标准进一步成熟

　　多线程技术一直是MIPS在高性能CPU方面的主要发展方向，因为单线程微处理器在等待存储器存取时浪费了很多周期，在相当程度上限制了系统性能。而多线程技术从根本上解决了这个问题，通过增加处理器的利用率来减少存储器等待的影响。当一个线程停止时，其它线程立刻进入流水线开始执行，使应用吞吐能力显著增加。而且，利用VPE（虚拟处理单元）技术，MIPS的产品最多已经可以做到5个线程。

　　John Bourgoin 表示：“我们的多线程技术已经得到了进一步的发展，现在MIPS已经能够提供单线程处理器和多线程处理器在系统中有效地混合应用。”

　　合作策略——
　　建立安全和开放的生态圈

　　今天，设计师面临着在高度竞争的消费价位、及时开发与众不同产品的挑战。设计成功至关重要的一点是拥有工具和软件的完善而强大的软件生态系统，从而支持设计从最初理念变为现实。同时，复杂半导体设计越来越重要的是使用和重复使用高质量的知识产权。没有强大的设计环境和高质量的知识产权，SoC 设计师和 OEM 系统设计师都会面临超出预算和丧失市场机遇的危险，使设计归于失败。

　　为此，MIPS 推出了验证全球 MIPS-Based 产品的 MIPS-Verified项目，验证后的知识产权将标注 MIPS-Verified 正式标志，以确保 MIPS产品和生态系统的完整性。MIPS-Verified 商标可帮助设计师区分高质量、高可靠的产品以及拥有充分支持的解决方案，这些都与 MIPS生态系统兼容。带有 MIPS-Verified 标志的内核或架构实现可保证该知识产权经过多年产权验证技术的严格测试。这种设计验证技术由 MIPS 工程师定期优化和加强，以测试加到 MIPS架构的每个新版本和新功能。

　　John Bourgoin 说：“MIPS-Verified 标志为 OEM 和 IC 设计师使用一流的知识产权，利用产权和成熟的验证项目进一步进行验证提供了保证。成本、性能和上市时间因素是任何设计成功的基石，MIPS 生态系统为半导体社区提供了今天嵌入式领域中最为丰富和全面的环境，包括数百个第三方工具和软件、平台解决方案、开发系统和系统 IP，从事MIPS-Based应用的 SoC 设计师和OEM 可以快速推出具有竞争力的解决方案。”

　　值得一提的是，MIPS强调的开放性理念也得到了中科院计算所的肯定。计算所的“龙芯”项目最近刚刚通过ST半导体获得了MIPS指令集授权。对于MIPS架构的开放性，“龙芯”开发负责人胡伟武表示：“MIPS可以允许用户自己设计内核，而MIPS只定�