更小的工艺节点，加上不断寻求在设计中添加更多功能，迫使芯片制造商和系统公司不得不考虑选择哪些设计和制造才可以在不断缩小的冗余中争取更多的空间。
在过去，晶圆制造厂和芯片设计团队之间的差距很大，前者履行了高度限定性的设计规则（RDR）来补偿新工艺技能的不愿定性，后者在设计中内置了额外的电路以确保可靠性。RDR为晶圆厂的各种工艺增加了冗余，使晶圆厂能够缓冲从畸形特色到工艺变革的统统——新工艺的问题总是比成熟工艺更大。对付设计团队来说，额外的电路供应了一个故障转移，以防在终端产品上涌现问题。
但从FinFET节点开始，仅仅在设计中增加冗余已不再是一种选择。晶体管密度的增加和导线的变细，达到了总系统余量（晶圆厂和设计团队共同构建芯片的总和）开始影响性能和功率的程度。大略地说，通过更细的导线和额外的电路将旗子暗记驱动更长间隔须要更多的能量，这可能会降落性能，并带来本钱的提升。
因此，晶圆厂开始与EDA公司更紧密地互助，通过更好的工具来减少“防护带”，越来越多地通过运用AI/ML和更详细的仿照，以及将这些工具与新的工艺技能更紧密地集成。这带来的结果是，不同的团体争取任何可用的冗余，贯穿全体设计制造流程。
但是传统的冗余设计可以对冲异质集成中的不愿定性，也可以缓冲各种类型的噪声和晶体管密度增加带来的物理影响。它还改变了测试、计量和检讨的插入点，特殊是安全和任务关键型设计，并将测试扩展到制造之外的领域，当数据路径因老化或潜在毛病而退化时，可以利用冗余部分重新路由旗子暗记。
在某些情形下，这也匆匆使芯片制造商在硅中得到充分证明的技能，或者由于其固有的冗余而更具弹性的技能，与最新、最前辈的技能之间做出选择。
PDF Solutions总裁兼首席实行官John Kibarian表示：“人们正在探求能够容忍可变性的设计，以使自己免受冗余问题的影响”。“某些架构有助于实现这一点。因此，任何类似阵列或实质上平行的元件——比特币挖矿芯片、GPU、TensorFlow芯片或任何其他IPU（智能处理单元）——相对付CPU或单个处理元件，都每每具有可变性。这些已经霸占了大部分事情负载，事情负载现在正在转移到实质上更具可变性的事情上。这将使您与晶圆厂的可变性隔绝开来。但是，变革性最低的晶圆厂仍旧积累了最大的市场份额，由于你仍旧可以利用变革较小的技能，从而生产出变革较小的产品，并且你会为此得到报酬。”
如果只能得到更少的冗余，也会迫使干系厂商重视改进现有的制造工艺，个中一项关键事情是将一个或多个步骤的数据与晶圆厂的其他步骤集成在一起。
Tignis总裁兼首席实行官Jon Herlocker表示：“数据集成是个中的关键部分。”“晶圆厂内部有很多数据库，尤其是在前端和后端之间，由于很多可靠性和测试都发生在后端，而且很多时候后端数据库没有连接到前端数据库。我们在数据库方面看到的另一个有趣的问题是，前辈封装正在成为一件大事。常日与前端比较，后端封装方面的根本举动步伐技能含量较低，但现在事情彷佛发生了改变，前辈封装的根本举动步伐技能含量越来越高。因此，现在我们须要问自己，‘我们是否将后端技能升级到可以处理我们现在的繁芜性的程度？’”
芯片设计和制造中的每一个过程都须要收紧，以填补利润率的低落。这包括制造和测试、计量和考验方面的关键领域。
Onto Innovation光刻产品营销总监Keith Best表示：“如果你看看镀铜层压板，这是目前前辈封装扇出的最新技能，你可能会看到有多达20层RDL。”“你必须确保这些登记是准确的。当然，人们总是试图得到更好的（计量和检讨）分辨率性能。随着分辨率越来越高，覆盖层也越来越紧，然后你会担心基底是否稳定。对付覆铜层压板，当你固化这些层时，你可以改变基底的形状。随着它在许多层面上的变革，开孔变得越来越难知足，你终极会丢失收益。”
这为制造中利用的新材料创造了机会，包括玻璃、永久粘合股料等。但由于在理解材料与其他工艺结合时的确切表现方面存在差距，因此也须要一定的余地。
Brewer Science公司首席技能官Rama Puligadda表示：“我们须要帮助的是弄清楚我们的材料在客户流程中的详细表现。”“如果我们能够理解加工条件，我们就可以仿照材料在这些过程中的行为或性能。这将有助于我们预测故障并缩短反馈循环。”
更糟糕的是，本日利用的材料——就像许多制造工艺一样——与五年前大不相同。
Puligadda说：“如今用于封装的材料在性能、稳定性、质量、环境兼容性和清洁度方面都要达到更高的标准。”“今后，将须要无PFAS和PFOS的材料，并须要更高水平的清洁度来支持稠浊粘合等工艺。封装材料将向前端质量哀求转变。”
更好的设计工具，但数据更加伶仃
在设计方面，分配余量一贯是一个寻衅，但在针对特定领域的异构设计中，这变得越来越困难。这种异质性使芯片制造商能够考试测验不同的选择，并出于竞争缘故原由实现工程变更订单。但现在冗余度太低，须要做更多的前期事情，这便是为什么设计技能协同优化和系统技能协同优化近年来受到如此多的关注。决策须要在这个过程的早期做出，由于物理冗余正在影响从随机到原子层过程的统统。
多家公司董事会成员、Arm前首席实行官Simon Segars表示：“长期以来，冗余度一贯在上升。”“机器学习（ML）在设计中的一些运用是一个机会，可以超过更大的边界进行优化，挤出一些冗余度，并以轻微不同的办法理解失落效机制。”
这就造成了一个辩论点，由于虽然设计团队总是希望得到更多的冗余，但也会受到物理方面的惩罚。至少在设计的前沿，冗余越少就意味着性能和功耗越好，但这也须要重新思考各种流程和方法。边际须要在全体系统的背景下考虑，而不仅仅是单个区块或过程。
Movellus总裁兼首席实行官Mo Faisal表示：“每个人都想降落冗余。”。“当你看300瓦及以上的处理器时，你真的找不到一个包。大概你只须要把它减少几瓦，它就从不可能变成可能。实现这一点的方法是减少冗余度。‘我在哪里存在逾额冗余度，由于每一块逾额冗余度都会增加Vmin，这会降落电压——功率V²。以是这统统都会反馈回来。”V与韶光有关，因此须要挤出每一点可能的冗余，这统统都取决于韶光。但它须要一个别系视图，而不是只看一个区块。”
3D IC的寻衅变得更加繁芜。Synopsys数字设计营销高等总监Shekhar Kapoor表示：“这便是恐怖的部分，也是人们犹豫未定的缘故原由。”。“方法和工具都在那里，我们本日实际上可以帮助你对设计进行分区。我们可以纯粹从连接的角度见告你什么是最好的分区。你可以把所有宏放在一个模具里，你可以在这里有逻辑，然后你可以在那里有内存，你很可能会达到你的高性能目标。但这是最优化的方法吗？哈你看过照片里的其他东西了吗？你对它的热部分做了什么？你有一个热裕度和一个功率裕度，你必须把它们加在一起。但我们过去有20个不同的角落。现在，对付一个范例的单片设计，我们有大约200个计时角。以是，对付名义上的最坏情形，你必须考虑所有这些组合，所有这些都有一个巨大的乘法因子。这只是为了把握机遇。你也有热问题，老化，电力。你如何延长你的韶光签准，不仅仅是点对点，从一个触发器到另一个触发器，还要考虑到功率和热的影响。如果你能做到这一点，那么至少你在一个地方处理冗余。”
Segars赞许了。“你可能会担心设计中‘这个块’或‘这片IP’的裕度。在不同的基板上堆叠模具或多个模具，特殊是如果它们来自不同的铸造厂，每个人都会在安全范围内制造。但如果你一贯这样做，终极你就根本没有性能了。这可能会导致不同的制造办法ing块。”
这也增加了对电力完全性剖析的需求，而这在十年前常日被认为是不主要的。Ansys营销总监Marc Swinnen表示：“现在它是一个第一级的签准工具，由于电压冗余率变得如此之低。”。“降落功率的最好方法是降落电压，因此有超低电压过程。但这意味着你会有电压低落没有余量的副浸染。你把电压降得太低了，你真的无法承受任何丢失，以是它们对电压低落变得非常、非常敏感，EM/IR成为第一级的具名工具。如果你增加电压低落金，你的最大频率低落了，由于现在你必须设计一个更低的电压。以是，你不仅没有太多的冗余，而且你创造的任何冗余都会直接影响你的古迹底线。这意味着，除非万不得已，否则你真的不想把这个幅度放在那里。只管如此，人们一贯看到芯片的Fmax比最初仿照的要低10%旁边，而且他们无法得到应有的频率。最常见的缘故原由是动态电压低落。电压降剖析中存在漏洞，他们没有创造在实际芯片中会导致影响时序的局部电压降。他们看到频率神秘地低落了10%，这是由于他们没有预见到的电压低落情形，可能是由于动态电压低落，而动态电压低落已经完备超过了传统的静态固有电压低落。寻衅在于确定哪些开关组合是现实的，哪些开关组合会导致最差的电压降，以及如何缓解这些问题，如何修复这些问题。但在全体芯片上覆盖冗余以抵消这一点的想法是不可行的。这已经成为一个非常困难的问题，你须要更聪明的技能来识别现实的切换。”
此外，基于防护带不再是一种选择的事实，冗余度可能决定哪种工艺——或者在前辈封装的情形下，哪种工艺最适宜特定的设计。Movellus的费萨尔说：“前辈的节点还不成熟。”。“有更多的变革，电线中有更多的电阻，你可以通过提高电压来支付。栅极的电压可以降到0.6伏，但纵然是3纳米，你也必须保持在0.75伏旁边。这统统都是有余量的。”
结论
如何分配冗余以及分配给哪些群体正在成为一个重大寻衅。它不再局限于一个流程或流程的一部分。相反，冗余须要在一个别系的背景下考虑，有时乃至是一个别系的系统，并且须要将其视为超过多个组的总数。
目标是提高可靠性，冗余会影响处理元件、存储器、芯片架构的选择，并终极影响旗子暗记的完全性和系统的弹性。它是每个设备的核心，只管它对付设计到制造链的不同部分并不总是显而易见。如今的芯片行业正在努力应对冗余持续减少的影响，以及如何填补宝贵捷径的丢失。
编译：芯智讯-浪客剑
