世界首个开源PDK，谷歌做到了！

　　一颗芯片的诞生，需要经历芯片设计、制造、封装和测试等步骤，其中芯片设计和制造是最为核心和困难的环节，但相对设计而言，因为受资金和技术的限制，晶圆制造厂更为稀缺。

　　对于任何人而言，如果想要制造芯片，在已经拥有 RTL（电阻晶体管逻辑电路）的前提下，还需要克服两大障碍，一是从芯片代工厂获得工艺设计套件（PDK），二是有足够的资金支付制造费用。

　　PDK 即 Process Design Kit 工艺设计包，是连接 IC 设计公司、代工厂和 EDA 公司的桥梁。PDK 包括设计规则文件、电学规则文件、版图层次定义文件、SPICE 仿真模型、器件版图和期间定制参数。而 PDK 是将 RTL 转化为物理芯片的关键步骤，也是实流程开源的障碍，因此想制造自己的芯片，就要有一套可制造且开源的 PDK。

图片源自 Google 官网

　　但在未来，制造自己的芯片将成为可能。最近，Google 的软件工程师 Tim Ansell 宣布了同 SkyWater 合作的第一个可制造的、开源的 PDK——SkyWater PDK。另外，无需承担昂贵的制造费用，Google 也将提供完全免费的芯片制造流程。

　　免费获得 SkyWater PDK 的条件

　　尽管 Google 的免费开源芯片能够提供给所有人，但也有一定的条件。

　　申请获得免费 SkyWater PDK 的用户自己的设计必须开源，其次芯片的制程限制在 130nm 工艺节点，同时，用户需要向 efabless.com 上传一份开源的 Git URL。最终，Google 会在申请报名的名单中选择 40 个用户团队，为其提供 10 平方毫米的晶片模具，大约 100 个流片。

　　除了提供免费的芯片制造流程外，获得申请资格的团队也无需自己找代工厂代工，Google 的合作伙伴 SkyWater 将为其生产代工。

　　SkyWater 是一家总部设在美国且拥有美国 DMEA 认证的集成电路和微设备生产商，专门从事先进的创新工程服务和各种差分集成电路（IC）的批量生产。此外，SkyWater 还为航空航天、国防、汽车、云与计算、消费、工业、物联网和医疗等市场的客户提供服务。

　　在芯片制造领域，该公司于 2017 年接管了原本属于 Cypress Semiconductor（赛普拉斯半导体）的晶圆代工厂，这家工厂采用的常规制程为 130nm 和 90nm，也可以实现 65nm 芯片的生产。同时，该工厂专注于为物联网应用制造高容量的小批量生产，如专用的 SRAM 和混合信号电路。

　　关于具体生产时间，Tim 表示，将在今年 11 月份开始为第一批入选者进行“试生产”，在 2021 年初进行第二轮生产，并在 2021 中后期进入常态化生产。

　　有关开源 PDK 的一些信息

　　目前，GitHub 上已经有 SkyWater PDK 开源文档，可以得到 PDK 的一些信息。

　　文件描述显示，SkyWater 开源 PDK 内容包括：

• 有关在 SKY130 过程节点上创建可制造设备所需的设计规则的全面文档。

• 用于多个开源和专有设计流程的 EDA 工具支持文件。

• 用于创建模拟设计的原始单元库和模型。

• 涵盖一系列不同用例的多个标准数字单元库。

• 使用 PDK 的多个文档示例。

　　Sky130 是一种成熟的 180nm-130nm 混合技术，最初由 Cypress Semiconductor 内部开发，之后归属于 SkyWater Technology，并为一般工业所用，此次 SkyWater 和 Google 的合作，将将此项技术推广至所有人可用。

　　Sky 130 工艺节点技术堆栈包括：

• 支持带有 5.0V I / O 的内部 1.8V（可在 2.5V 下运行）；

• 1 级本地互连；

• 5 级金属；

• 具有电感能力；

• 具有较高的片状 rho 多晶硅电阻器；

• 可选的 MiM 电容器；

• 包括 SONOS 缩小的电池；

• 支持 10V 稳压电源；

• 高压漏极扩展 NMOS 和 PMOS。

　　Sky130 工艺节点极具灵活性，为设计人员提供了广泛的设计选择。Google 表示，如果 Sky130 工艺节点成功，未来将会有更多更先进的工艺节点可供选择。

　　不过，目前 GitHub 的 PDK 开源信息还不是全部，相关内容仍在持续更新中。

　　本文参考来源：

　　https://fossi-foundation.org/2020/06/30/skywater-pdk

　　开源地址：

　　https://github.com/google/skywater-pdk