重新构想先进节点GAA工艺的PVT监控IP

随着工艺技术持续发展，设计工具和支持这些工具的IP也必须不断发展。反映行业演进的一个例子是PVT监控IP。芯片内嵌入的工艺、电压和温度（PVT）监控器可在其生命周期的每个阶段，包括在现场执行任务期间，提供有关芯片状态的反馈信息。从监控器收集的数据可以带来诸多益处，例如：提前预测芯片即将发生的故障，以及追踪全球部署的众多芯片的趋势。

现在，让我们深入了解快速发展的半导体技术世界，并探讨最近向全环绕栅极（GAA）晶体管的转变。这些新颖的器件有望彻底改变芯片设计，并突破传统器件的限制。摩尔定律是迄今为止已知的最准确预测模型，现在正进入埃米（Å）时代。半导体生态系统必须与时俱进，以支持采用先进节点工艺设计和制造的芯片。

进入GAA晶体管时代。这些创新的结构使得栅极可以从各个方向包围沟道，从而实现持续微缩。下面我们来深入了解GAA晶体管的两个关键方面：

• 纳米片：早期GAA器件利用垂直堆叠的纳米片。这些薄片由单独的水平层组成，每层都被栅极材料包裹。FinFET通过并排增加多个鳍片来提升电流，而GAA晶体管通过垂直堆叠若干纳米片来增强载流能力。这种尺寸灵活性使得晶体管可以通过改变沟道宽度来满足特定性能要求，无需增加芯片尺寸。
• 沟道控制：与FinFET相比，GAA晶体管改进了沟道控制。通过将栅极完全包裹住沟道，GAA晶体管减轻了短沟道效应，并减少了器件底部未接触部分的漏电流。随着尺寸不断缩小，纳米片的形状将继续演变，最终类似于纳米线。

GAA晶体管的优势使其成为先进节点更有吸引力的选择。为保证迁移成功，传统的电路设计流程也必须发展。对于数字开发者而言，好消息是GAA晶体管非常适合数字电路，其改进的沟道控制和可扩展性有利于实现高效的逻辑门和存储单元。采用GAA将能提升数字电路的性能并降低其功耗。

对于模拟开发者而言，优势则没有那么明显。GAA晶体管主要针对数字应用，但经过调整，也可应用于模拟设计。然而，要达到与数字电路相同的精度水平，可能存在一些挑战。模拟开发者需要探索新技术来发挥GAA晶体管的优势，例如，像BJT这样的双极器件可能会变得不那么流行，它们目前主要用于混合信号应用。

设计上的改变是不可避免的，但考虑到所获得的好处，这种改变显然是值得的。必须认识到，为了成功采用GAA，还需要对制造工艺进行修改。尽管纳米片的概念很简单，但其制备却带来了一些新的制造挑战。这些挑战包括：如何精确控制其结构，以及如何开发新型材料，以实现期望的功耗、性能、面积和成本（PPAC）目标。

PVT监控IP的设计必须进行重大革新，才能保持技术领先并适应GAA晶体管的出现。目前由于缺乏厚氧化层，双极结型晶体管（BJT）无法在1.2V左右的较高电压下工作，这成为了推动设计变革的主要因素，并促使传感技术向数字技术转变。简单来说，要么适应变化，与时俱进，要么迅速被淘汰。

数字技术不仅能减小面积和占用空间，而且避免了模拟信号容易受到噪声和串扰影响的问题，无需保护检测信号。随着设计转向数字范式，诸如模拟线屏蔽之类的东西将不再需要。

新思科技SLM PVT监控器IP对其分布式温度传感器的最新增强功能具有以下优势：

• 无需模拟电源 - GAA工艺不支持厚氧化层器件
  
• 不依赖BJT - 寄生BJT未被代工厂准确定义
  
• 与新思科技传统子系统控制器兼容
  
• 无需同轴屏蔽 - 传输数字信号
  
• 更小的面积和更低的功耗
  
• 易于集成到数字SoC中
  
• 传感器靠近真正的热点，密集核心内的传感器数量更多 - 实现更高的系统级精度。
  

片上系统（SoC）和IP供应商需要找到创新方法来保持与模拟电路相当的精度，从而获得差异化优势。

这种向数字传感的转变将给行业带来巨大利益，不仅能够降低功耗和提高转换速率，而且使得PVT监控IP的实现更加容易，允许将更多远程传感器灵活地放置在更靠近预期检测点的位置。对于温度传感器来说，将检测点放置在更靠近热点的位置，可有效降低温度梯度的影响。此外，借助多个检测点，可以使用三角测量法来进一步提高精度。从所有方面来看，这都是多赢局面。