機(jī)器學(xué)習(xí)如何賦能EDA

在20／22nm引入FinFET以后，先進(jìn)工藝變得越來越復(fù)雜。在接下來的發(fā)展中，實(shí)現(xiàn)“每?jī)赡陮⒕w管數(shù)量增加一倍，性能也提升一倍”變得越來越困難。摩爾定律的發(fā)展遇到了瓶頸，先進(jìn)制程前進(jìn)的腳步開始放緩。

但是由于當(dāng)今先進(jìn)電子設(shè)備仍需求先進(jìn)工藝的支持，因此，還有一些晶圓廠還在致力于推動(dòng)先進(jìn)制程的繼續(xù)發(fā)展。這些晶圓廠與EDA企業(yè)之間的合作，推動(dòng)了先進(jìn)制程的進(jìn)步。從整體上看，當(dāng)先進(jìn)制程進(jìn)入到14nm/7nm時(shí)代后，EDA工具的引入可以縮短研發(fā)周期，尤其是針對(duì)后端設(shè)計(jì)制造工具的更新，EDA起到了至關(guān)重要的作用。

EDA能夠解決先進(jìn)制程的哪些難題？

對(duì)于半導(dǎo)體晶圓代工廠而言，制造是否成功取決于其控制設(shè)計(jì)制造工藝窗口的能力，即他們不僅要能夠最大限度地?cái)U(kuò)大工藝窗口，還要能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)預(yù)防、發(fā)現(xiàn)、評(píng)估和修復(fù)熱點(diǎn)。EDA的出現(xiàn)，有效地解決了這些在半導(dǎo)體制造過程中產(chǎn)生的難題。

7nm 以下技術(shù)給半導(dǎo)體制造帶來的挑戰(zhàn)

在眾多EDA工具中，Mentor所推出的Calibre平臺(tái)，憑借著出色性能，高準(zhǔn)確性和可靠性，成為了IC物理驗(yàn)證和制造領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者，并被全球主流的晶圓廠廣泛采用。

機(jī)器學(xué)習(xí)功能為EDA帶來改變

當(dāng)先進(jìn)制程進(jìn)入到10nm以后，在保障良率和性能的情況下，率先推出相關(guān)產(chǎn)品，成為了搶占市場(chǎng)先機(jī)的不二法門。在這個(gè)過程當(dāng)中，EDA工具也成為了快速推動(dòng)產(chǎn)品面市的一個(gè)因素。

但是由于晶體管密度的增加，使得與之相關(guān)的計(jì)算量也增大了數(shù)倍，因此，設(shè)計(jì)人員和晶圓代工廠需要IC設(shè)計(jì)制造軟件在準(zhǔn)確性和速度方面進(jìn)行更大幅度的改進(jìn)。機(jī)器學(xué)習(xí)的出現(xiàn)讓這一難題有了解決方案。機(jī)器學(xué)習(xí)能夠分擔(dān)設(shè)計(jì)制造過程中耗時(shí)費(fèi)工的任務(wù)，讓產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短、設(shè)計(jì)品質(zhì)提高。因此，將機(jī)器學(xué)習(xí)功能賦予EDA工具，也被業(yè)界視為是未來EDA的發(fā)展方向之一。

針對(duì)這一市場(chǎng)需求，Mentor推出了帶有機(jī)器學(xué)習(xí)功能的Calibre IC制造工具。目前，用于IC制造的Calibre工具和應(yīng)用程序已經(jīng)具有完全集成的機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)平臺(tái)。Calibre典型的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)包含一個(gè)訓(xùn)練模型，目的是通過創(chuàng)建一個(gè)準(zhǔn)確的模型，來正確解答IC制造過程中所出現(xiàn)的問題。完成訓(xùn)練后，需要對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估并將其用于推理。所有這些都與Calibre核心架構(gòu)集成在一起，實(shí)現(xiàn)無縫協(xié)作。

Calibre架構(gòu)整合了機(jī)器學(xué)習(xí)的體系

Calibre平臺(tái)助推先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的面市

通過具有機(jī)器學(xué)習(xí)功能的Calibre平臺(tái)，可以對(duì)IC制造應(yīng)用進(jìn)行改進(jìn)，包括工藝建模、光學(xué)鄰近效應(yīng)修正(OPC)和光刻友好性設(shè)計(jì)(LFD)三個(gè)方面。

具體來看，在工藝建模領(lǐng)域，Calibre可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)提高準(zhǔn)確性。5nm及更小節(jié)點(diǎn)的建模準(zhǔn)確性要求比以往更加嚴(yán)格，將機(jī)器學(xué)習(xí)功能賦予EDA工具能夠在準(zhǔn)確度和速度方面上有所保障。Calibre的機(jī)器學(xué)習(xí)建模架構(gòu)旨在保留直接捕獲物理現(xiàn)象的信息通道，同時(shí)在復(fù)雜性、運(yùn)行時(shí)間和準(zhǔn)確性之間保持平衡。與基準(zhǔn)結(jié)果相比，Calibre機(jī)器學(xué)習(xí)模型在不對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)做任何更改的情況下，可以將模型的準(zhǔn)確性提高多達(dá)40%。

（與傳統(tǒng)工藝模型 (CM1) 相比，NNAM（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助模型）提高了準(zhǔn)確性。）

OPC有助于解決光的局限性，以保持原始設(shè)計(jì)在經(jīng)過光刻后，其在硅晶圓上的蝕刻圖像的完整性。Calibre作為OPC工具市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，也正在將更多的功能賦予這類工具，以支持日漸縮小的工藝技術(shù)路線圖（最新發(fā)展已達(dá) 3 納米節(jié)點(diǎn)）。這種新功能就是機(jī)器學(xué)，該功能特別有助于縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間 (交付生產(chǎn)所需的可制造掩膜需要花費(fèi)的時(shí)間，TAT)。據(jù)Mentor官方介紹顯示，采用了機(jī)器學(xué)習(xí)的Calibre OPC將運(yùn)行時(shí)間縮短了3倍。除此之外，機(jī)器學(xué)習(xí)OPC還有具有額外的好處，即可以通過被稱為“邊緣放置誤差 (EPE) ”的準(zhǔn)確性指標(biāo)來提高OPC的準(zhǔn)確性。

（機(jī)器學(xué)習(xí)縮短了 OPC 運(yùn)行時(shí)間并提高了準(zhǔn)確性）

在10nm及更小節(jié)點(diǎn)上，蝕刻工藝對(duì)精確控制關(guān)鍵尺寸(CD)的影響變得非常重要。蝕刻工藝非常復(fù)雜，因此OPC使用了更近似的經(jīng)驗(yàn)蝕刻模型。Calibre實(shí)現(xiàn)了一種適用于刻蝕模型的機(jī)器學(xué)習(xí)的新方法，經(jīng)證明，可在準(zhǔn)確性和可預(yù)測(cè)性方面實(shí)現(xiàn)2-4倍的改進(jìn)。

（使用機(jī)器學(xué)習(xí)的蝕刻建模提高了準(zhǔn)確性和可預(yù)測(cè)性）

除此以外，10nm以下的光刻熱點(diǎn)檢測(cè)運(yùn)行時(shí)間也在持續(xù)增加，設(shè)計(jì)人員必須采用新的可制造性設(shè)計(jì)(DFM)技術(shù)來加速高級(jí)驗(yàn)證過程?？s短運(yùn)行時(shí)間的方法之一是減少用于仿真的數(shù)據(jù)量。為滿足這一市場(chǎng)需求，Calibre開發(fā)了一種使用機(jī)器學(xué)習(xí)的快速、準(zhǔn)確的光刻熱點(diǎn)檢測(cè)方法。這種方法即機(jī)器學(xué)習(xí)LFD流程，也是一種“快速 LFD”流程，其中仿真區(qū)域的選擇是以經(jīng)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)的位置為依據(jù)。利用此流程，Calibre用戶可體驗(yàn)到10倍的計(jì)算速度提升。

（機(jī)器學(xué)習(xí)縮短了 OPC 運(yùn)行時(shí)間并提高了準(zhǔn)確性）

通過以上的結(jié)果表明，將機(jī)器學(xué)習(xí)功能賦予EDA可以提升半導(dǎo)體制造的智能化水平和速度。同時(shí)，根據(jù)美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)的電子資產(chǎn)智能設(shè)計(jì)(IDEA)項(xiàng)目來看，其所要推動(dòng)的正是EDA工具的發(fā)展，在這個(gè)過程中，機(jī)器學(xué)習(xí)功能將發(fā)揮重要的作用。由此來看，具有機(jī)器學(xué)習(xí)功能的EDA將會(huì)成為未來半導(dǎo)體制造中的重要組成部分，Mentor作為其中的一份子，通過了解他所提供的新工具，或許能讓我們洞悉未來半導(dǎo)體制造需要怎樣的EDA工具