Este documento técnico examina tres categorías de características de proceso, las relaciona con la estructura interna de los FPGA modernos y luego examina el impacto que tienen los FPGA en los sistemas que los utilizan. En particular, centrándose en la implementación de los llamados transistores FinFET, cómo Altera está aprovechando el proceso Tri-Gate de 14 nm de Intel para impulsar la densidad, el rendimiento y la eficiencia energética de FPGA a niveles simplemente inalcanzables en la hoja de ruta FET planar. han logrado
Las características que exhibe un FPGA en un sistema están determinadas a través de relaciones complejas por las características del proceso de semiconductores en el que se fabrica el chip. En el pasado, cada aspecto de cada proceso se mejoraba en cada nodo, y la opción de proceso único para cada nuevo dispositivo era el último proceso con las mejores características. Hoy eso ya no es cierto.
En cambio, los proveedores de lógica programable de hoy en día deben utilizar una variedad de procesos alternativos para cumplir con la amplia gama de requisitos de diseño en los que se utilizan los FPGA. Este documento técnico examina tres categorías de características de proceso, las relaciona con la estructura interna de los FPGA modernos y luego analiza el impacto que tienen los FPGA en los sistemas que los utilizan. En particular, la revolución que está cobrando impulso en la implementación de los llamados transistores FinFET y cómo Altera aprovecha sus propios procesos FinFET, especialmente el proceso Tri-Gate de 14 nm de Intel, para mejorar la densidad, el rendimiento y la eficiencia energética de la FPGA. FET es completamente inalcanzable.
características del proceso
Los diseñadores de circuitos integrados tienen tres categorías de características impulsadas por el proceso que, en conjunto, proporcionan un esbozo en miniatura del proceso. Son tonos de características, comportamiento del transistor y disponibilidad.
El paso (el espacio mínimo entre características similares en un IC completo) ayuda a determinar el tamaño y la capacidad de una matriz y, menos directamente, la velocidad y la potencia de un circuito. Cada capa de características en el troquel (transistores, interconexiones locales, contactos y cada capa de metal sucesiva por encima) puede tener su propio paso. Los ingenieros de procesos eligen los tonos de estas diferentes capas en función de las limitaciones de la litografía y otras restricciones del proceso, el costo y la forma en que el diseñador del proceso cree que los clientes utilizarán el proceso. Estos tonos interactúan para determinar la densidad real de los transistores en ciertos tipos de circuitos.
Empecemos por abajo. La fuerza con la que se pueden empaquetar los transistores en un circuito en particular se reduce aproximadamente a la fuerza con la que se pueden colocar y cuánto espacio se necesita para que las interconexiones los conecten. Depende de un problema. Ambos pueden ser una limitación, según el diseño y la disposición del circuito. La densidad física de los transistores depende, por supuesto, de su tamaño y forma.
El tono aumenta rápidamente a medida que nos movemos por encima de la pila de interconexiones locales, capas de contacto y capas de metal superiores (Figura 1). Las interconexiones locales y las capas metálicas inferiores generalmente se conectan entre transistores cercanos y determinan la densidad de estructuras cuidadosamente empaquetadas, como celdas estándar y SRAM. Las capas superiores de metal conectan circuitos y eventualmente bloques funcionales, implementan cableado de bus y distribuyen conexiones de energía y reloj. La cantidad de capas superiores y su paso también son importantes para los diseñadores de chips, ya que pueden determinar el ancho de banda y el consumo de energía de las conexiones entre las partes del chip.