Technologiebasierte Modellierung und Analyseverfahren unter Berücksichtigung von Streuungen im 65nm-Knoten. Kurztitel: Sigma65. Abschlussbericht

Der Einsatz neuer und neuester Halbleitertechnologien ist ein entscheidender Innovationsfaktor für den wirtschaftlichen Erfolg eines Industriestandortes im Rahmen des globalisierten Wettbewerbs. Innovative Forschungs- und Entwicklungsleistungen auf deutscher und europäischer Ebene insbesondere auf Basis von öffentlich geförderten Forschungsprojekten haben in den letzten 10 Jahren dazu geführt, dass Deutschland ein wichtiger Halbleiter-Innovationsstandort in Europa geworden ist. Eine wesentliche Voraussetzung dafür, die kommenden Halbleiter-Technologiegenerationen erfolgreich für innovative Produkte ausnutzen zu können, sind Fortschritte im Bereich neuer, zukunftsweisender Entwurfsmethoden. Der Einsatz neuer Technologien, bei denen die Transistoren mit Gatelängen unter 100 nm hergestellt werden, erfordert erhebliche Anpassungen im Entwurfsprozess von integrierten Schaltkreisen. Es zeichnet sich ab, dass in den kommenden Technologieknoten ab 65 nm die technologischen Vorteile, die eine Verkleinerung der Strukturgrößen bringen soll, überhaupt nur nutzbar sind, wenn gleichzeitig eine neue Designmethodik verfügbar wird, die es auch erlaubt, den Einfluss der signifikant werdenden fertigungsbedingten Schwankungen der Schaltungsparameter angemessen zu berücksichtigen. So ist mit Schwankungen der Deviceparameter von 40% und mehr zu rechnen, die sich erheblich auf das Bauelementeverhalten auswirken. Ein neuartiges Designproblem wird nur dann handhabbar, wenn es gelingt, hoch entwickelte statistische Modellierungs- und Analysemethoden für den Designprozess zu erschließen und nutzbar zu machen. Das hier vorgeschlagene Projekt hat einen ersten Beitrag im Rahmen dieser Gesamtproblemstellung geliefert. Die Aufgaben konzentrierten sich dabei auf die Analyse und Modellierung von Eigenschaften, die die im Digitaldesign wesentlichen Aspekte Timing und Leistungsaufnahme der Schaltung bestimmen. Das Projekt erarbeitete wesentliche Aspekte der dafür notwendigen mathematischen und physikalischen Grundlagen zur statistischen Analyse von Schaltungseigenschaften. Die dabei erforschten allgemeinen Analyse- und Modellierungsverfahren orientierten sich an den Bedürfnissen des Gatter- und Blockdesigns und schafften die Grundlagen für die besprochene erforderliche Erweiterung der Designmethodik. Sie tragen dazu bei, am Standort Deutschland die Fähigkeit zu einem schnellen und hochwertigen Entwurf integrierter Schaltkreise sicherzustellen und die technische und wirtschaftliche Nutzbarkeit der Vorteile der neuen Technologien abzusichern. Eine im Sinne des Projektes optimierte Entwurfs- und Analysemethodik erlaubt eine Senkung der zeit- und kostenintensiven Zahl der Redesign-Zyklen durch genauere Vorhersagemethoden und erlaubt eine Erhöhung der Ausbeute durch die erreichte Verbesserung der Kopplung von Fertigung und Entwurf. Die so erreichbare Optimierung von Entwurfszeit und -qualität stellt unmittelbar einen Vorteil gegenüber Mitbewerbern dar. Mit den Projektergebnissen werden Grundlagen gelegt, die Einführung von Sub-65nm-Technologien zu beschleunigen. Mit der Einführung von Sub65nm-Technologien und der vollen Ausnutzung der technologischen Möglichkeiten eröffnen sich Wege zu einer Verringerung des Energieverbrauchs, einer Steigerung von Geschwindigkeit und Datendurchsatz und einer Steigerung der erreichbaren Komplexität und, damit verbunden, der Funktionalität. Als ein Beispiel sei die Entwicklungen im Zusammenhang mit mobilem Fernsehen und Video-on-Demand genannt, die einerseits eine ganz neue Dimension von Durchsatzraten bei der Datenverarbeitung erfordern, zum anderen aber gleichzeitig eine drastische Reduktion der Verlustleistungen der Schaltungen notwendig machen.