דמוקרטיזציה של עיצוב שבבים
מכיוון שצומת התהליך 3nm מתקרב למוכנות הייצור, עלות פיתוח השבבים עבורו עלתה מדרגה נוספת.
עם זאת יש דחיפה הולכת וגוברת לדמוקרטיזציה של עיצוב השבבים: הבאתו לקהילה רחבה יותר של מהנדסים, מקצועיים וחובבים כאחד. זו אולי נראית משימה בלתי אפשרית, אך התנועה עובדת על טכנולוגיות ישנות בהרבה ככל שהן הופכות נגישות בהדרגה.
זה כמעט לא דרמטי כמו חוק מור לגבי שבבים בנפח גדול, אך עקומת הלמידה של הסיליקון פועלת גם לתהליכים בוגרים, במיוחד עבור עלויות מראש כמו ייצור מסכות. בהקדמה, ערכת מסכה מלאה לתהליך 180nm יכולה לעלות בקלות 300,000 $ והסתכמה ביותר מחצי מיליון דולר תמורת 130nm. כיום התמונה שונה לגמרי. הגלובלי סמיקונדקטור סקר התעשייה של האגודה מצא בשנתיים האחרונות, מחירי מסכות של 180 ננומטר היו לא יותר מ- 60,000 $ ולעתים קרובות נמוכים מ- 80,000 $ עבור סטים של 130nm.
עוד לפני שמסכות של תהליכים בוגרים נפלו במחיר, דרך אחת בעלות נמוכה לייצור אב טיפוס של ASIC ואפילו ייצור בנפחים נמוכים טמונה ברק הפרופיל (MPW) או "המעבורת", כדי להשתמש בשם המועדף על ידי יציקה TSMC. זה מנצל את ההפרש בין גודלם של המעגלים המשולבים המסחריים ביותר (ICs) לבין האזור של רשת הכלי המשמשת בכלי הליטוגרפיה להדפסת תכונות על פני הוופל. אתה יכול לקבל הרבה עיצובים שאורכים 10 עד מילימטרים מרובעים על רשתית שעשויה להיות מדידה של 600 מילימטרים רבועים. מצד שני, מספר הצ'יפס שתוכלו לקבל עשוי להיות מוגבל לכמה עשרות בלבד, אך פוטנציאל מספיק בכדי להביא פרויקט לנקודה שבה מימון חיצוני הוא אופציה.
ערכת המסכות רחוקה מהעלות ההנדסית היחידה מראש. כלים ו- IP חיוניים לכל עיצוב, שבקצה הגבוה יותר מסתכם במיליונים בקלות. אפשרות אחת עבור מעצבים דלים במזומן טמונה בכלים בעלות נמוכה יותר, כמו חבילת Tanner שנמכרת על ידי Siemens Digital Industries Software ו- IP. ארם, למשל, דחתה את תוכנית DesignStart בתחילת החודש, והציעה גישה למבחר הליבות המכוונות למיקרו-בקר מבלי לדרוש דמי רישיון מראש, רק תמלוגים לאחר הייצור.
פעילויות אחרות משקפות את מה שקרה בחלקים רבים של פיתוח תוכנה עם פרויקטים כגון Eclipse: בניית סביבת עיצוב סביב כלי קוד פתוח. צוותי תכנון שבבים רבים משתמשים כבר בחלק הפתוח בקוד פתוח באמצעות שפת הדוגמנות SystemC כמו גם שפת התכנות של פייתון, שמצאה טובה לשליטה ברתמות הבדיקה המשמשות לאימות RTL.
יוזמות פתיחת מקור
יוזמה שעשויה להיות חשובה היא יוזמת OpenRoad של סוכנות המחקר האמריקאית DARPA, שמטרתה לבנות מערך מקיף יותר של כלי עיצוב קוד פתוח. פרופסור אנדרו קאהנג מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו והחוקר הראשי בפרויקט חוזה סביבה שיכולה לפרוס ולכוון מגוון של עיצובי שבבים באופן אוטומטי באמצעות שילוב של למידת מכונה ומה שהוא מכנה "חלוקה קיצונית", המחלק את שבב להרבה מודולים קטנים המותאמים באופן עצמאי
אף על פי שמהנדסי האימות אימצו צורות שונות של קוד פתוח, אבני הנגף לאימוץ הולכות וגדלות ככל שמתקרבים לקלטת. הנושא הגדול ביותר טמון בערכות עיצוב התהליכים (PDK) המסופקות על ידי יציקות המוגנות בקנאות על ידי הסכמי אי גילוי ושאסורות על שיתוף.
דמויות מעל ומתחת: תשתית הבדיקה Caravel, שפותחה על ידי Antmicro, מספקת טבעת של יציאות קלט / פלט ובדיקות המנוהלות על ידי ליבת RISC-V מובנית
"Efabless לא הצליחה לשחרר תוצאה לשימוש חוזר לחלוטין", מציין אנסל. "מישהו כמוני לא יכול היה להסתכל איך משהו מיושם בשערים. קיימת גישה בעייתית בענף זה סביב שיתוף. "
אנסל אומר כי גוגל מעוניינת ביכולת לחלוק ידע על בסיס זה שמאיץ את ההתקדמות באופן כללי. "עם ההאטה של חוק מור יהיה צורך בפתרונות חדשניים חדשים בכדי לעמוד בדרישה ההולכת וגוברת לחישוב", הוא מוסיף.
מתן גישה לקהילה רחבה יותר לעיצוב סיליקון עשויה לספק דרכים ליצירת שיטות חישוב חדשניות אשר פחות נוטות להיווצר באמצעות מו"פ מסורתי. כדי לעזור לדחוף את זה קדימה, אנסל החל לנסות לשכנע את היציקה לפתוח את ה- PDK שלהם. "דיברתי עם הרבה יציקות. וצחקו עלי המון יציקה. ”
יציקה אחת הגיעה לרעיון: Skywater, חברה המפעילה מפעל במינסוטה בבעלות Cypress Semiconductors עד לפני כמה שנים. "הצלחנו להגיע להסכמה שאפשרה לנו לשחרר PDK בנפח 130 ננומטר ברישיון קוד פתוח", אומר אנסל. ניתן להוריד מ- Github, ה- PDK משתמש ברישיון אפאצ'י 2.0 וניתן לשכפל אותו על ידי כל משתמש "מבלי שיצטרך לבקש את רשותי או צורך לבקש את רשות Skywater. קוד פתוח של קוד פתוח פירושו שנוכל לקבל ASIC של קוד פתוח לחלוטין. "
גוגל ו- eFabless החלו אז לבנות שירות MPW שמרחיב את האפשרות של עיצוב ASIC לאנשים ללא עשרות אלפי דולרים כדי להחזיר משהו מהמפעל. כדי לקבל זכאות לשבבים בחינם, על המעצבים להיות מוכנים לא רק להכין קוד פתוח בעצמם, אלא גם להיות מוכנים להעביר דוגמאות למשתמשים המעוניינים לעבוד עם העיצוב והסיליקון המתקבל. "העיצוב שלך צריך להיות קוד פתוח עד ל- GDS," אומר אנסל.
המעבורת תחזיר כמאה דוגמאות, אשר אנסל רואה כמספר מספיק גבוה למשתמשים שלא לדאוג לספק למשתמשים אחרים סיליקון על פי בקשה ולנסות לספק את אפשרויות השיתוף של חומרת קוד פתוח. "קוד פתוח מקל על אנשים לשתף פעולה. זה מאפשר לאנשים לנסות דברים שבעבר חשבו שהם מסוכנים מדי. זה עושה את זה קל וזול להיכשל וללמוד מהכישלונות שלך. "
אילוצים
אילוץ נוסף הוא הדרישה להשתמש בתשתית הבדיקה Caravel שפותחה על ידי Antmicro. זה מספק טבעת של קלט / פלט ויציאות בדיקה המנוהלות על ידי ליבת RISC-V מובנית. "אם אתה בונה שבב בדיקה מלכתחילה, אתה צריך משהו כזה", מציין ה- CTO של Efabless ומייסד שותף מוחמד קאסם. באמצע טבעת קלט / פלט זו נמצא חור של 10 מילימטר מרובע עבור הסיליקון המותאם אישית של המשתמש, שיכול לשמש לכל דבר ללא תשלום.
למרות שהשטח הוא קטן יחסית, אנסל אומר כי ניתן להשיג תכנונים דיגיטליים מורכבים שכן 130 ננומטר יכולים לספק יותר מ -1.5 מיליון שערים. "אנשים מזלזלים במידה ניכרת ביכולות הדיגיטליות של צמתים ישנים מכיוון שהם משמשים בעיקר בימינו למטרות עוצמה נמוכה ועיצובים אנלוגיים", הוא מציין.
ההגשות לריצה הראשונה ב- Skywater בתהליך 130nm נסגרו בנובמבר 2020 והשנייה נסגרה להגשות באמצע יוני, עם חלקים שיועברו מאותה הריצה השנייה לבעלי הפרויקט בתחילת דצמבר. גוגל מממנת שש מההסעות בזמן הקרוב. Efabless מציעה גם MPW בתשלום עבור צוותי תכנון שאינם רוצים להתחייב למסלול החומרה של קוד פתוח לחלוטין.
המעבורת הראשונה כללה עיצובים של חברות כמו IBM ו- Quicklogic.
"אבל הדבר המרגש ביותר היה ש -60 אחוז מהמעצבים מעולם לא עשו ASIC בעבר", אומר אנסל. "ההצלחה של תוכנית SkyWater מראה כי קיים ביקוש עצום לפתרונות פתוחים ועכשיו היה לנו עניין ראשוני של בתי יציקה אחרים."
בעוד שעבודה על צמתים מתקדמים דוחפת את עלויות העיצוב גבוהות יותר ויותר, אם כי עם תגמולים ענקיים כאשר הצ'יפס המתקבל יוצא לייצור, עבודה בקצה האחורי של עיצוב דמוקרטיזציה עשויה להיות חשובה לא פחות להנעת ההתקדמות בענף.