Fabless Semiconductor Implementation

zhang1998

Fabless Semiconductor Implementation
Rakesh Kumar, Ph.D., Fellow IEEE

* Publisher: McGraw-Hill Professional
* Number Of Pages: 336
* Publication Date: 2008-03-26
* ISBN-10 / ASIN: 0071502661
* ISBN-13 / EAN: 9780071502665
* Binding: Hardcover


Product Description:

Discover How to Launch and Succeed as a Fabless Semiconductor Firm

Fabless Semiconductor Implementation takes you step-by-step through the challenges faced by fabless firms in the development of integrated circuits. This expert guide examines the potential pitfalls of IC implementation in the rapidly growing fabless segment of the semiconductor industry and elaborates how to overcome these difficulties. It provides a comprehensive overview of the issues that executives and technical professionals encounter at fabless companies.

Filled with over 150 on-target illustrations, this business-building tool presents a clear picture of the entire lifecycle of a fabless enterprise, describing how to envision and execute fabless IC implementation.

Inside This Comprehensive Guide to Fabless IC Design
# - Define and specify the product
# Understand the customer requirements, the value chain, and the supply chain
# Select the right implementation approach, including “make” vs. “buy”
# Choose the best technologies and supply chain
# Implement IC design, fabrication, and manufacturing
# Build the operations infrastructure to meet cost and quality requirements
# Program-manage the distributed supply chain


Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
Why This Book? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
1 Industry Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Semiconductor Industry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Fabless Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2 The Big Picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1 Electronics Markets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2 The Global Opportunity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3 Some Challenges in Today’s Electronics Marketplace . . . . 36
2.4 Understanding the Value Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5 Customer Needs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6 Overview of Fabless Company Development Activities . 40
2.7 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3 Lifecycle of a Fabless IC Company . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1 Getting Started . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2 Business Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3 Funding Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.4 Development Cycle—the Four Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.5 Roadmap of Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.6 Exit Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.7 Long Range Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.8 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4 Selecting the Implementation Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.1 FPGA, Gate Array asics, Semi-custom ASICs . . . . . . . . . 67
4.2 If You Had a Fab (IDM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3 Fabless Sourcing Models (ASSP, COT, ASIC) . . . . . . . . . . . 76
4.4 Design Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.5 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5 Selecting the Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.2 Considerations to Pick the Right Technology . . . . . . . . . . . 101
5.3 Cost per Function (CPF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.4 CPF Reduction from Technology Scaling . . . . . . . . . . . . . . 104
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5.5 Die Cost Reduction by Increasing Wafer Size . . . . . . . . . . 109
5.6 Foundry Financials and Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.7 Process Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.8 CMOS Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.9 The Design Ecosystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.10 Process Alternatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.11 Nanotechnology Co-design Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.12 Packaging Consideratons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.13 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6 Implementing the COT Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.2 Design Flow and Supply Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.3 Implementation Time Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.4 Silicon Prototyping and Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.5 Packaging Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
6.6 Test Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
6.7 Quality and Reliability Considerations . . . . . . . . . . . . . . . 197
6.8 Supply Chain Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
6.9 Operations Best Practices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
6.10 Operations Effort and Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
6.11 Resource Skill Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.12 Production Operations Activities and Processes . . . . . . . 210
6.13 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7 Managing Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.1 Unit Cost Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.2 Optimizing the Die Size and Packing Density
per Chip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.3 Development Cost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.4 Development and Operations Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
7.5 Overall Development Cost Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . 246
7.6 Some Cost Tradeoffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
7.7 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
8 Managing Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
8.1 Quality Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
8.2 Documentation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
8.3 Quality in the Development Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.4 IC Quality and Reliability Qualifi cation . . . . . . . . . . . . . . . 256
8.5 Manufacturing Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
8.6 Customer Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
8.7 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
9 Managing the Implementation Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
9.1 Management at the Vertically Integrated Company . . . . . 269
viii C o n t e n t s
9.2 Management of the Distributed Supply Chain . . . . . . . . . 270
9.3 Comparison of Management Processes . . . . . . . . . . . . . . . . 274
9.4 Relationship and Partnership Management . . . . . . . . . . . . 275
9.5 Program Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
9.6 Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
9.7 Design Productivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
9.8 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
10 Future Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
10.1 Industry Stratifi cation and Opportunities . . . . . . . . . . . . . 281
10.2 Funding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
10.3 Alternatives to the IDM Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
10.4 Virtual “Re-Integration”/IFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
10.5 Order Entry Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
10.6 Managing Innovation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
10.7 The Role of Research Organizations. . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
10.8 Key Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
A.1 Business Plan Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
A.2 Term Sheet Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
B.1 Transistor Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
B.2 Yield Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
B.3 Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
Acronyms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Contents ix