章宸站在白板前,手里拿著红色记號笔,在画一张天权4號晶片的功能模块图。他的旁边坐著林薇、赵静、孙总监,以及从合城赶来的老韩和製造部的三位工艺工程师。
会议的主题是“天权產品质量回溯”。这个专项是在天权4號小批量试產完成后启动的。首批五百颗工程样片的测试数据出来了——良率94.2%,这个数字本身不差,甚至可以说是相当好。但章宸在数据分析中发现了一个值得警惕的规律:良率的波动不是隨机的,而是与晶圆上的位置强相关。
边缘区域的晶片,性能参数比中心区域的晶片平均差了百分之三到百分之五。这个差异在规格书允许的范围內,不影响晶片的正常使用。但章宸担心的是——如果这个差异是某种系统性问题的徵兆,那么在规模化量產后,问题可能会被放大。
“各位,天权4號小批量试產的五百颗晶片,我们在十八个测试舱里做了全参数测试。测试结果匯总在这里。”章宸调出了一张热力图,上面是一块十二英寸晶圆的平面图,不同顏色代表不同位置的晶片性能表现。
“中心区域,绿色,性能达標率百分之九十八。边缘区域,黄色到橙色,性能达標率百分之九十一到百分之九十五。边缘区域的晶片,主要问题是——漏电流偏高、最大主频偏低、以及sram的位错误率略高。”
“这三个问题,指向同一个根因——工艺偏差。晶圆边缘的薄膜沉积均匀性比中心区域差,导致电晶体的閾值电压漂移。閾值电压漂移,导致漏电流增加、主频下降、存储单元稳定性变差。”
林薇皱起了眉头。“这个根因我们不是早就知道了吗?追光三期量產的时候,膜厚均匀性的问题就暴露过。张京京的团队做了工艺优化,把均匀性从百分之三提升到了百分之一点五。按理说,一点五的均匀性,不应该导致这么明显的性能差异。”
章宸说:“一点五的均匀性,对於普通晶片来说足够了。但天权4號用的是存算一体架构,计算单元和存储单元紧耦合,对工艺偏差的敏感度比传统晶片高一倍。边缘区域百分之一点五的膜厚偏差,映射到电晶体性能上,就是百分之五的差异。”
“问题的关键是——我们在设计天权4號的时候,用的工艺偏差模型是基於传统晶片的经验数据。我们低估了存算一体架构对工艺偏差的敏感度。这不是製造的问题,是设计的问题。”
会议室里安静了几秒。
孙总监率先开口。“章总,你的意思是——天权4號的性能差异,不是追光產线的问题,是我们设计时没有充分考虑工艺偏差?”
章宸点头。“对。追光產线的均匀性一点五,已经是国內最高水平了,甚至比旧秩序的一些產线还好。但存算一体架构对均匀性的要求,不是一点五,而是一点零。我们的设计,超出了產线的能力边界。或者说,產线的能力边界,比我们预想的窄。”
林薇在白板上写下了几个关键词:“设计-工艺协同优化”。
“章宸的发现很重要。天权4號的问题,不是追光產线不行,而是我们的设计流程里缺了一个环节——设计-工艺协同优化。设计团队用理想的工艺模型做仿真,製造团队用现实的產线能力做生產,两个模型之间的偏差,就是晶片性能差异的来源。”
“天权5號,不能再犯同样的错误。从今天开始,设计团队和製造团队要共用同一个工艺模型。这个模型,必须基於追光產线的实际测试数据,不是理想值,是统计分布。设计团队在做仿真的时候,要用这个模型跑蒙特卡洛分析,看看设计在工艺偏差下的鲁棒性。”
章宸说:“这个方向对。但有一个问题——工艺模型的建立,需要大量的测试数据。追光產线虽然跑了一年多,但数据积累还不够。要建立高精度的统计模型,至少需要一万片晶圆的测试数据。我们现在只有三千片。”
老韩插了一句:“数据不够,可以加测。合城產线现在每周跑两百片追光三期的晶圆,每片晶圆做完电测试后,数据自动上传到中央资料库。按照这个速度,两个月內就能凑够一万片。”
林薇说:“好。老韩,你负责协调產线的测试资源。章宸,你负责设计数据採集的规格和格式。赵静,你负责用ai模型分析数据,找出工艺参数和晶片性能之间的关联规律。两个月后,我要看到一个可用的设计-工艺协同优化模型。”
三人同时点头。
会议进入第二个议题——天权4l的亚閾值设计是否也存在同样的问题。
孙总监调出了天权4l的设计文档。“天权4l用的是亚閾值电路技术,电晶体工作在閾值电压附近,对工艺偏差的敏感度比传统电路高一个数量级。天权4號的百分之五偏差,到了天权4l上,可能会放大到百分之二十到三十。”
“我们的应对策略是——在设计阶段,用更保守的时序裕量。传统电路留百分之十的裕量,亚閾值电路留百分之三十。但这会牺牲性能。天权4l的目標主频是八百兆赫,如果留百分之三十的裕量,实际只能跑到六百兆赫左右。”
章宸说:“留裕量是笨办法。聪明的办法是——用自適应的电压和频率调节。晶片在出厂时做一次测试,根据实际的工艺偏差,动態调整工作电压和主频。偏差大的晶片,电压调高一点,主频调低一点。偏差小的晶片,电压调低一点,主频调高一点。每颗晶片都工作在最优的点上。”
“这个技术在旧秩序的晶片公司已经很成熟了,叫『自適应电压和频率调节』。我们的天权3號用过类似的技术,但算法比较简单,精度不够。天权4l可以升级一下——用ai模型预测每颗晶片的最优工作点,而不是用查表法。”
赵静说:“ai模型我可以做。训练数据从哪里来?”
孙总监回答:“天权4l的工程样片,十周后出来。到时候,我们会把每颗样片放在不同电压和频率下跑测试,收集几百万组数据。用这些数据训练ai模型,预测最优工作点。预测精度做到百分之九十五以上,应该没问题。”
赵静在笔记本上记了下来。
会议进入第三个议题——天权5號的架构优化。
章宸调出了天权5號的架构图。“天权4號暴露出来的问题——存算一体架构对工艺偏差敏感。天权5號在设计时就要解决这个问题。我的建议是——在存算一体阵列里加入冗余设计。每个计算单元旁边放一个备用的,出厂测试时,把偏差大的单元禁用,启用备用的。”
“这个思路和內存晶片的冗余设计类似。內存晶片的良率能做到百分之九十九以上,靠的就是冗余。主阵列里总有坏单元,但备用的单元顶上,用户根本感觉不到。”
林薇问:“冗余设计会增加多少晶片面积?”
章宸估算了一下。“百分之十到十五。天权5號的晶粒面积现在是八十平方毫米,加了冗余后,会增加到九十平方毫米左右。每片晶圆的晶片数量从七百颗降到六百三十颗,成本增加百分之十。但良率可以从百分之九十四提升到百分之九十八以上。算下来,单颗晶片的成本反而会降低百分之五。”
孙总监说:“这个帐算得过来。天权5號是旗舰晶片,成本不是最敏感的,性能和可靠性才是。百分之十的面积换百分之四的良率提升,划算。”
老韩问了一个製造角度的问题:“冗余设计,会不会增加测试的复杂度?每颗晶片要测试主单元和备用单元,测试时间会翻倍。”
章宸说:“不会翻倍。我们可以用並行测试——主单元和备用单元同时测。测试时间增加百分之二十左右,可以通过优化测试向量来压缩。这个问题不大。”
会议进行到下午两点,所有议题都討论了一遍。林薇做了总结。
“天权產品质量回溯专项,今天定了三个方向——第一,建立设计-工艺协同优化模型,两个月內完成,用追光產线的一万片晶圆数据。第二,天权4l採用自適应电压和频率调节,用ai模型预测最优工作点,十周后工程样片出来后启动数据採集。第三,天权5號加入冗余设计,面积增加百分之十,良率提升到百分之九十八以上,成本降低百分之五。”
“章宸,你负责写一个专项报告,把这三个方向的技术方案、资源需求、时间节点都写清楚。下周一之前,发给陈醒和我。”
章宸点头。
会议结束后,林薇和章宸留了下来。两人站在窗前,窗外芯谷的中央研究院大楼正在扩建,新的实验室框架已经搭到了三层。
“章宸,你觉得天权4號的问题,陈醒会怎么看?”林薇问。
章宸想了想,说:“他会说——发现问题比解决问题更重要。天权4號暴露出来的设计-工艺协同问题,不是坏事,是好事。在四號上暴露,比在五號上暴露好。五號是要量產的,四號只是小批量。我们在四號上花了五周延迟的代价,换来了五號可以少走弯路。”
林薇点头。“我也是这么想的。天权4號延迟五周流片,当时团队里很多人不理解,觉得为了完美品质不值得。现在回头看,那五周花得值。如果不是那五周的优化,天权4號的问题会更严重。”
章宸说:“孙总监当时顶住了很大压力。市场部催著要晶片,手机厂商催著要样片,连陈醒都问过一次进度。但孙总监坚持——流片延迟可以,品质不能妥协。这个態度,值得全集团学习。”
林薇的终端震动了,是陈醒发来的消息。
“林薇,天权產品质量回溯专项的结论出来了吗?”
林薇回復:“出来了。三个方向——设计-工艺协同模型、天权4l自適应调节、天权5號冗余设计。章宸下周一出专项报告。”
陈醒的回覆很快:“好。质量回溯不是追责,是改进。天权4號的问题,不是哪一个人的错,是流程的缺失。我们要把这次回溯的结论,固化到產品开发流程里。以后每一个晶片项目,在立项阶段就要做设计-工艺协同分析,不能等到流片了才发现问题。”
林薇回復:“明白。我会把这条加到產品开发流程的评审节点里。”
她收起终端,对章宸说:“陈醒说得对。质量回溯不是追责,是改进。天权4號的问题,不是设计团队或者製造团队的问题,是我们整个產品开发流程的问题。设计团队用理想模型,製造团队用现实產线,两个模型之间没有闭环。这个闭环,今天开始就要补上。”
章宸说:“闭环的关键是数据。设计团队需要製造团队的数据,製造团队需要设计团队的反馈。以前,两个团队各干各的,数据不通。今天这个会,把两个团队拉到一起了。接下来,我们要建立一个联合的数据平台,设计团队可以在上面实时查看產线的工艺参数,製造团队可以在上面实时查看晶片的测试结果。”
林薇说:“这个平台,赵静来做。她有数据平台的经验,天机云那边也能提供技术支持。预算你报,资源你调,两个月內上线。”
章宸点头。
两人走出会议室,沿著走廊向电梯走去。经过天权4號的测试实验室时,他们透过玻璃窗看到,十八个测试舱还在运转,绿色的指示灯在舱体上闪烁。新一批工程样片正在做可靠性长周期测试,已经跑了五百个小时,还没有出现任何故障。
“天权4號的可靠性测试,还要跑多久?”章宸问。
林薇说:“一千个小时。按照车规级的標准,一千个小时无故障,才算通过。现在已经跑了五百个小时,一切正常。再过三周,就能跑完。”
章宸说:“天权4號的车规版,是给天行者2.0用的。秦崢那边等著晶片做实车路测。如果可靠性测试通过,下个月就能把样片发给秦崢。”
林薇点头。“秦崢已经催了三次了。天权5a的实车路测进展顺利,但天权4a的功耗还是偏高,不適合车载。天权4l的低功耗特性更適合车载,但车规认证还没做完。秦崢的意思是——先用天权4號做路测,验证统一算力架构在车载场景的可行性。功耗的问题,后面再优化。”
两人走进电梯,按下了一层。
电梯门打开,他们走进芯谷的大厅。大厅里人来人往,工程师们行色匆匆。墙上的大屏幕显示著未来科技全球业务的实时数据——天衡4发布倒计时六十八天,天权4號小批量良率百分之九十四点二,追光三期良率百分之九十三点八,天枢生態应用数量三千二百款。
林薇站住了,看著屏幕上的数字。
“章宸,你看这些数字,每一个都是团队拼出来的。天权4號的百分之九十四点二,是孙总监和团队熬了无数个夜换来的。追光三期的百分之九十三点八,是张京京和老韩在產线上磨出来的。天枢生態的三千二百款应用,是方程和马经理一家一家谈下来的。”
“但数字只是结果。真正重要的是——我们有没有从每一个项目里学到东西?天权4號暴露的设计-工艺协同问题,我们能不能在五號上彻底解决?追光三期的主腔体寿命问题,我们能不能在四期上彻底解决?天枢生態的开发者活跃度问题,我们能不能在下个版本里彻底解决?”
章宸说:“这就是陈醒说的——把每一次问题都变成能力。未来科技不是靠不犯错贏的,是靠犯了错之后比任何人改得都快贏的。”
林薇点头。“走吧,去吃饭。下午还有追光產线的量產节奏协调会。”
两人向食堂走去。夕阳透过玻璃幕墙,在地面上投下长长的影子。
终端震动了,是赵静发来的消息。
“林总,天权4l的ai模型方案我已经写好了。用图神经网络预测每颗晶片的最优工作点,训练数据需要五百万组。工程样片出来后的测试计划,我和孙总监对过了,没问题。另外,我在想——这个模型能不能反过来用?给定性能目標,反推工艺参数的允许偏差范围。这样,设计团队在做架构选型时,就能知道產线能不能撑住。”
林薇眼睛一亮。“这个思路好。从『设计给定、工艺適配』变成『工艺约束、设计优化』。不是问產线能不能做出设计想要的晶片,而是问设计能不能在產线的能力边界內做出最好的晶片。这才是真正的设计-工艺协同。”
她停下脚步,站在走廊里,快速回復赵静的消息。
“赵静,你说的『反向模型』,能不能在天权5號上用?天权5號的设计还在早期阶段,如果能在架构確定之前,就知道產线的能力边界,我们就能做出更鲁棒的设计。”
赵静回復:“可以。但需要追光產线的工艺模型先建起来。有了正向的工艺模型,才能反推。正向模型两个月后能用,反向模型再加一个月。天权5號的架构冻结还有四个月,来得及。”
林薇回復:“好。反向模型作为天权5號的预研项目,优先级调高。你需要什么资源,直接跟我说。”
她收起终端,深吸了一口气。
天权產品质量回溯专项,不只是解决天权4號的问题,更是为天权5號、天权6號铺路。设计-工艺协同模型、自適应调节、冗余设计、反向约束——这些技术和方法,会沉淀为未来科技晶片开发的標准流程。
当这些流程跑顺了,未来科技的晶片开发能力,就会从“靠天才”变成“靠体系”。
而体系,才是不可替代的核心竞爭力。
林薇推开食堂的门,章宸已经端著餐盘坐下了。她走过去,在他对面坐下。
“章宸,你觉得天权5號能按期流片吗?”
章宸夹了一口菜,想了想,说:“能。但前提是——设计-工艺协同模型按期交付,冗余设计验证通过,还有,追光四期的工艺验证不要出大问题。这三件事,任何一件出问题,都会影响天权5號的进度。”
林薇说:“所以我们要盯紧这三件事。天权5號是未来科技明年的旗舰晶片,天衡5要用,天行者2.0要用,天枢home的网关也要用。不能延期。”
章宸点头。“我知道。”
两人快速吃完饭,走出食堂。夕阳已经完全沉下去了,天边只剩下一抹暗红色的余暉。芯谷的广场上,追光四期的巨幅海报在暮色中若隱若现。
林薇的终端又震动了,这次是老韩发来的消息。
“林总,合城產线的一万片晶圆数据,我已经安排加测了。每周两百片,两个月內凑齐。另外,张京京问——追光四期的工艺验证计划里,要不要加入针对存算一体晶片的专项测试?天权4號暴露的问题,说明传统测试项目不够用。”
林薇回復:“加。追光四期的工艺验证,要覆盖存算一体晶片的特殊需求。张京京,你牵头设计测试方案,章宸配合。两周內给我初稿。”