花谷歌的錢來造自己的開源芯片？

在之前的一系列開源造芯報(bào)道中，我們已經(jīng)多次談及了谷歌正在開展一個(gè)開源社區(qū)的半導(dǎo)體項(xiàng)目OpenMPW，幫助開發(fā)者將自己的開源芯片設(shè)計(jì)成功流片，今天我們就來深度剖析下這一項(xiàng)目。該項(xiàng)目中，谷歌選擇了與SkyWater代工廠和Efabless合作，提供一份完全開源的PDK和相關(guān)工具鏈。OpenMPW為用戶提供的是SkyWater的130nm工藝，雖然看似沒那么先進(jìn)，但足以完成不少開源芯片的設(shè)計(jì)目標(biāo)了。

MPW的由來

其實(shí)對于開源/獨(dú)立項(xiàng)目開發(fā)者，或是高校師生來說，一般都不會(huì)有足夠的財(cái)力去完成芯片流片，為了節(jié)省成本，MPW應(yīng)運(yùn)而生。MPW，也就是多項(xiàng)目晶圓，這類生產(chǎn)方式就是將多個(gè)相同工藝的集成電路設(shè)計(jì)放在同一晶圓上流片，代工廠制造完成后即可得到不同的樣片，方便工程師進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。這種操作大大降低了制造成本，多用于高校研究項(xiàng)目流片和芯片初創(chuàng)企業(yè)的驗(yàn)證，而不會(huì)用于商用芯片的量產(chǎn)。

以坐落在美國科羅拉多州的一家小公司MuseSemiconductor為例，他們的Cybershuttle MPW可以獨(dú)家提供臺(tái)積電的工藝。Muse聲稱支持臺(tái)積電的所有工藝的正常流片，不過對于專注于減少成本的MPW來說，他們指出16nm到180nm更受用戶歡迎。至于5nm、7nm之類的先進(jìn)工藝，其產(chǎn)能主要還是用于臺(tái)積電的大客戶項(xiàng)目，而且價(jià)格不菲，所以用上這類工藝的MPW并不算多。

真有這么好的事，那么參與這類項(xiàng)目就能讓臺(tái)積電幫我完成流片了，還能用到5nm工藝？當(dāng)然沒有那么簡單，這類MPW項(xiàng)目也不是做慈善，我們還是拿Muse的MPW項(xiàng)目來舉例。參與這類MPW項(xiàng)目需要簽署兩份協(xié)議，一份是互相保密協(xié)議，第二份則是Muse、臺(tái)積電和客戶的三向保密協(xié)議。只有簽署了這些協(xié)議，用戶才能用到臺(tái)積電的PDK、設(shè)計(jì)規(guī)則說明。如果你想要用到臺(tái)積電自己的IP，比如標(biāo)準(zhǔn)單元庫、I/O庫和內(nèi)存的話，還要再簽署一份技術(shù)使用總協(xié)議。所以啊，如果你手頭是一個(gè)開源項(xiàng)目的話，與這類MPW項(xiàng)目往往是八字不合的。

臺(tái)積電MPW定價(jià) / MuseSemiconductor

不僅如此，雖說MPW的項(xiàng)目意在為初創(chuàng)公司和高校研究人員減少成本，但哪怕稍稍先進(jìn)一點(diǎn)的工藝也不便宜，比如Muse的MPW給臺(tái)積電28nm的定價(jià)就是13000美元/mm2。如此看來哪怕是2mmx2mm的小封裝尺寸芯片，要想流片也得花一筆不小的錢。當(dāng)然了，這個(gè)價(jià)格也會(huì)隨著代工成本的波動(dòng)而變化，在2018年同樣工藝的定價(jià)可是14000美元/mm2，至于16nm這樣的成熟工藝的話，2020年的價(jià)格是24000美元/mm2，現(xiàn)在已經(jīng)漲到了26500美元/mm2，可見如今成熟工藝的成本已經(jīng)有所降低，但先進(jìn)工藝由于產(chǎn)能有限和材料/制造設(shè)備成本的提高，反倒還加價(jià)了。

OpenMPW，真有免費(fèi)的午餐？

谷歌近日在其開發(fā)者平臺(tái)正式上線了OpenMPW的頁面，而項(xiàng)目本身已經(jīng)進(jìn)行到了第六期，6月8日也是第六期提交設(shè)計(jì)的截止日期，如果對此感興趣的話可以等待下一期。提交的開源設(shè)計(jì)項(xiàng)目也都多種多樣，既有圣迭戈加州大學(xué)的研究項(xiàng)目，也有芯片設(shè)計(jì)視頻教程制作者的實(shí)操項(xiàng)目，甚至還有土耳其政府下集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目，具體設(shè)計(jì)也是RISC-V芯片、FPGA、8位CPU、存內(nèi)計(jì)算芯片應(yīng)有盡有。

OpenMPW第五期部分項(xiàng)目 / Efabless

從商用角度來看，這些項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)價(jià)值可能不高，但若是從開源研究的角度來看，OpenMPW給到了一個(gè)從理論、設(shè)計(jì)到驗(yàn)證的機(jī)會(huì)。對于學(xué)習(xí)集成電路設(shè)計(jì)的學(xué)生來說，這可能是他們在參加工作之前拿到自己設(shè)計(jì)芯片的一次寶貴機(jī)會(huì)。

OpenMPW提供的開源工具鏈 / 谷歌

當(dāng)然了，在OpenMPW接受你的設(shè)計(jì)之前，還要進(jìn)行一定的預(yù)檢查，確保滿足要求。比如該項(xiàng)目所用到的第三方IP和對應(yīng)的正確授權(quán)，GDSII和網(wǎng)表文件，以及DRC檢查等，OpenMPW提供的工具中也有OpenLane這樣的軟件幫你實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的RTL到GDSII流程。

MPW雖然降低了成本，但生產(chǎn)芯片可不是憑空造的，在OpenMPW中，這筆錢由誰出呢？之所以SkyWater和Efabless愿意開展該項(xiàng)目，當(dāng)然也是因?yàn)橛泄雀璧馁Y助。芯片從晶圓制造到封裝的所有費(fèi)用都由谷歌承包了，連運(yùn)費(fèi)都一并算在內(nèi)，可以稱得上是真免費(fèi)的午餐了。不過如果是運(yùn)到美國之外的話，如果產(chǎn)生了關(guān)稅費(fèi)用還是得由用戶承擔(dān)的。唯一的缺陷可能也就是流片周期要長于Muse這類商用MPW項(xiàng)目了，這也是為何從去年到現(xiàn)在才進(jìn)行了六期的原因，而Muse的Cybershuttle由于可用工藝多，基本上可以保證每月都有流片，

由于這是美國本土代工廠SkyWater造出來的芯片，用戶也還是需要簽訂協(xié)議的。不過別擔(dān)心，這里的協(xié)議并非臺(tái)積電等大廠的保密協(xié)議，而是一些簡單的用戶協(xié)議，以及出口協(xié)議而已，比如依照用戶設(shè)計(jì)造出來的芯片沒有受到美國出口管制之類的。

不過都已經(jīng)是開源設(shè)計(jì)了，再加上130nm的工藝，怎么也不會(huì)被出口管制給約束吧？如果是初創(chuàng)公司考慮OpenMPW的話，也一定要注意一點(diǎn)，那就是該項(xiàng)目是僅支持開源項(xiàng)目的，商用許可證的設(shè)計(jì)是不會(huì)通過的，如果所在公司內(nèi)有合適的練手開源項(xiàng)目的話，也可以試一試。