人工智能芯片設(shè)計(jì)第1章-緒論

第一章：導(dǎo)論人工智能芯片設(shè)計(jì)ArtificialIntelligenceChipDesign1.1半導(dǎo)體芯片技術(shù)概論2ArtificialIntelligenceChipDesign,

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Introduction半導(dǎo)體材料是一種將半導(dǎo)體材料制成電子元器件的技術(shù)大多數(shù)電子元器件的基本原材料——硅（Si）二維表示的硅晶體結(jié)構(gòu)硅晶體的晶胞硅晶體中的電子和空穴半導(dǎo)體的摻雜過(guò)程1.1半導(dǎo)體芯片技術(shù)概論3ArtificialIntelligenceChipDesign,

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IntroductionPN結(jié)二極管p型n型正極負(fù)極P-N節(jié)二極管結(jié)構(gòu)及符號(hào)MOS管n+

n+pSi襯底源極柵極漏極p+

p+nSi襯底源極柵極漏極多晶硅SiO2(a)NMOS晶體管(b)PMOS晶體管NMOS晶體管和PMOS晶體管橫截面及符號(hào)P型半導(dǎo)體：摻入三價(jià)元素，空穴為多子，自由電子為少子N型半導(dǎo)體：摻入五價(jià)元素，自由電子為多子，空穴為少子1.1半導(dǎo)體芯片技術(shù)概論4ArtificialIntelligenceChipDesign,

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Introduction

W

n+

n+

LpSi襯底

1.2集成半導(dǎo)體器件技術(shù)5ArtificialIntelligenceChipDesign,

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Introduction發(fā)展歷史1947年，JohnBardeen和WalterBrattain在貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一個(gè)可用的點(diǎn)接觸晶體管1958年，JackKilby在德州儀器公司制造出第一款以兩個(gè)晶體管構(gòu)成的集成電路觸發(fā)器。Bardeen、Brattain和他們的導(dǎo)師WilliamShockley因?yàn)榫w管的發(fā)明，贏得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。Kilby因其對(duì)集成電路的貢獻(xiàn)，在2000年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1965年，戈登·摩爾觀察到，集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過(guò)18個(gè)月到24個(gè)月便會(huì)增加一倍。這一觀察結(jié)果被稱為“摩爾定律”。如右圖所示，隨著時(shí)間的推移，英特爾微處理器的時(shí)鐘頻率每隔約34個(gè)月翻一番。1.3工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)規(guī)劃6ArtificialIntelligenceChipDesign,

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IntroductionCMOS工藝：1）晶圓形成直拉法：從純?nèi)刍璧嫩釄逯欣龅膯尉Ч璧膱A柱形經(jīng)過(guò)切割得到2）光刻將光掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在晶圓表面的對(duì)光敏感的材料上去的工藝過(guò)程3）阱和溝道主要有N阱工藝，P阱工藝，雙阱工藝，三阱工藝負(fù)膠光刻三阱工藝的阱結(jié)構(gòu)1.3工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)規(guī)劃7ArtificialIntelligenceChipDesign,

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Introduction版圖（LAYOUT）設(shè)計(jì)規(guī)則：1）阱（WELL）規(guī)則阱規(guī)格可能包括N阱，P阱和深N阱，用于指定放置各種阱的放置2）晶體管（TRANSISTOR）規(guī)則CMOS晶體管通常至少由四個(gè)掩膜版定義——Active、N-select、P-select、多晶硅3）接觸孔（CONTACT）規(guī)則主要有金屬到P-active（P擴(kuò)散），金屬到N-active（n擴(kuò)散），金屬到多晶硅，金屬到阱或襯底襯底接觸孔CMOSN阱工藝晶體管和阱/襯底接觸孔1.3工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)規(guī)劃8ArtificialIntelligenceChipDesign,

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Introduction版圖（LAYOUT）設(shè)計(jì)規(guī)則：4）金屬層（METAL）規(guī)則金屬間距可能隨著金屬線的寬度而變化5）通孔（VIA）規(guī)則各種工藝關(guān)于是否允許將堆疊的通孔放置在多晶硅和擴(kuò)散區(qū)域上可能會(huì)略有不同6）其他規(guī)則多晶硅或金屬的擴(kuò)展超出接觸孔或通孔；不同的柵極硅擴(kuò)展取決于器件的長(zhǎng)度；最大特征寬度；最小特征面積盡管較早的工藝往往是由工藝驅(qū)動(dòng)，并且伴隨著內(nèi)容冗長(zhǎng)、豐富的設(shè)計(jì)規(guī)則，但實(shí)際上，工藝已經(jīng)逐漸變得“設(shè)計(jì)者友好”，或者更具體的說(shuō)，是“計(jì)算機(jī)友好”（大多數(shù)掩膜版的幾何形狀的設(shè)計(jì)都是算法產(chǎn)生的）7）小結(jié)習(xí)題19ArtificialIntelligence