Vermeidung von DO-254-Ereignissen

Ansatz

Sowohl Halbleiter-ASICs als auch Halbleiter-Standardprodukte unterliegen Abkündigungen. Daraus ergibt sich ein Bedarf an Ersatzprodukten, die hinsichtlich Form, Passung und Funktion deckungsgleich mit den Originalen sein müssen. Das Verfahren der Technologiereplikation gilt hierfür als der Ansatz mit dem geringsten Risiko und der größten Kosteneffizienz.

Prozessunterschiede zwischen Translation und Replikation

Bei ASICs oder Standardprodukten besteht die „Technologietranslation“ aus dem Portieren eines Designs von einem Prozess in einen anderen, vergleichbar mit der Methode, die ein Halbleiterhersteller verwendet, um ein Produkt an verschiedenen Fabrikationsstätten innerhalb des Unternehmens herstellen zu können. Zu Variationen kommt es hierbei aufgrund der Unterschiede bei den Fertigungsverfahren des gleichen Anbieters oder unterschiedlichen Anbietern, durch Änderungen der Geometriemaße oder durch beides. Die traditionelle Translation eines ASICs oder Standardprodukts sieht die Beibehaltung der funktionellen Äquivalenz eines Designs vor, wobei aber der physische Inhalt des Designs über inkrementelle Synthese der Netzliste oder Rückwärtssynthese des Quellcodes gelöscht und anschließend wieder neu aufgebaut wird. Der physische Inhalt umfasst das Zelldesign, die Zellplatzierung auf dem Die, die Ausgangstreiberstärken der Zellen und die verwendeten Leiterbahnen zum Verbinden der Zellen. Diese physikalischen Änderungen haben keinen Einfluss auf die Funktionsweise des Designs, wohl aber auf die gesamte Signaltaktung, Leistung und Die-Größe.

Rochester Electronics schlägt dagegen einen anderen, inzwischen nachweislich sehr gut geeigneten Ansatz, die so genannte „Technologiereplikation“, zur Lösung der Abkündigungsproblematik vor. Die Technologiereplikation geht von dem Grundgedanken aus, zwischen zwei Herstellern die gleiche zugrunde liegende Silizium-Performanz zu erzielen. Die Replikation beginnt mit der Auswahl einer Zieltechnologie mit Performanz- und Designmerkmalen, die mit der bisher eingesetzten Technologie weitgehend kompatibel sind, für den Fall, dass die bestehende Technologie nicht mehr zur Verfügung stehen sollte. Wenn dieser Fall eintritt, ist es möglich, durch sorgfältiges Modifizieren standardmäßiger Einstellpunkte wie der Größe der Transistor-Gates und der Blechstärken, die Schaltungsperformanz sehr genau zu duplizieren. Durch Anpassung der Transistor-I/U-Kurven und Metallwiderstände ergeben sich weitgehend übereinstimmende Signalflankenraten und Laufzeitverzögerungen. Ziel ist es, äquivalente Silizium-Performanz über alle Variationen hinweg, einschließlich Prozess, Spannung und Temperatur, zu erreichen.

Der Designinhalt wird durch GDSII-Maskendaten in die Zieltechnologie übertragen. GDSII-Maskendaten sind analog zu Circuit Card Artwork und repräsentieren aufgestapelte Siliciumschichten, die verwendet werden, um physische Merkmale, wie Transistoren, Drähte und Durchkontaktierungen, zu erzeugen. Selbst wenn GDSII-Maskendaten nicht verfügbar sind, kann dies Teil-Imaging und/oder schichtweise Dekonstruktion geschaffen werden. Anders als die Technologieübersetzung führt das Konzept der Technologiereplikation die GDSII-Maskendaten weiter und behält den vollständigen physikalischen Inhalt des Originaldesigns. Physikalische Aspekte wie Zelldesign, Zellplatzierung, Antriebstärke der Zellen und Routing-Tracks bleiben unverändert. Es gibt keine Option für Resynthese oder Place-and-Route. Alle Center-Points der Zusammenschaltung und Zellpositionen sind identisch.

Der Designinhalt wird über GDSII-Maskendaten zur Zieltechnologie migriert. GDSII-Maskendaten sind ein Analogon des Leiterplattenentwurfs mit der Wiedergabe gestapelter Siliziumschichten, die zum Erzeugen von physikalischen Merkmalen wie Transistoren, Drähten und Durchkontaktierungen verwendet werden. Auch wenn GSDII-Maskendaten nicht verfügbar sind, können diese durch Teileabbildungen und/oder schichtweise Dekonstruktion erzeugt werden. Anders als bei der Technologietranslation werden beim Ansatz der Technologiereplikation die GDSII-Maskendaten übertragen, und der vollständige physikalische Inhalt des ursprünglichen Designs bleibt erhalten. Physische Aspekte wie Zelldesign, Zellplatzierung, Zelltreiberstärken und Leiterbahnen bleiben unverändert. Rückwärtssynthese oder „Place-and-Route“ (Platzieren und Verdrahten) sind hierbei keine Option. Alle Mittelpunkte der Verbindungs- und Zellpositionen sind identisch.

Bei der Technologiereplikation geht es im Wesentlichen darum, Äquivalenz auf Transistorebene (einschließlich Kondensatoren, Widerstände, Dioden usw.) zu erzielen. Die Einstellpunkte sind als geometrische Parameter wiedergegeben, und diese Parameter werden aus dem ursprünglichen Design direkt in die verwendete GDSII-„Zeichnung“ eingegeben. Die Abmessungen von Silizium- und Metallstrukturen werden entsprechend abgeändert. Alle Änderungen an den Abmessungen erfolgen unter Einhaltung der Vorgaben für die physikalische Entwurfsregelprüfung (DRC Design Rule Checks) des Zielanbieters. Typische Anpassungen liegen in einer Größenordnung von 5-10 %, wobei die Mittelpunkte der Komponenten identisch bleiben.

Das Endergebnis der Replikation von ASICs oder Standardprodukten ist eine Komponente, die in Bezug auf Form, Passung und Funktion bis hin zur Transistorebene äquivalent ist. Sie weist die gleiche Die-Größe mit gleichem Gehäuse auf. Aus Sicht der Anbieterbibliothek ist jedes Element (AND, OR, DFF usw.) in der exakt gleichen relativen Position wie zuvor platziert, und jede Leiterbahn läuft über den exakt gleichen Pfad. Die Laufzeitverzögerung und die Flankenraten jedes Signals bleiben innerhalb des gleichen Fensters der Prozess- und Umgebungsvarianten wie bei dem ursprünglichen Produkt.