Ta bara en sådan sak som att ledarna på chipset inte nämnvärt minskar i höjd, trots att bredden blir allt mindre. Hittills, och fram till ungefär 0,35 µm, liknar ledarna utlagda metallband som förvisso blir allt smalare för varje processgeneration. Men i takt med att bredden krymper så övergår ledarens tvärsnitt från en liggande rektangel till en stående.

Vid 0,18 µm påminner ledarna om höga murar. En effekt blir då att den huvudsakliga kapacitansen, som hittills uppstått mellan ledaren och substratet får allt mer tredimensionella drag. De parallella höga murarna utgör ju i praktiken en kondensator, som ger kapacitanser i samma storleksordning som den mellan ledaren och substratet. Detta tar de flesta av dagens verktyg för kretslayout inte hänsyn till, vilket gör att otrevliga överraskningar kan uppstå vad gäller signalintegritet och timing.

Monterey och Sequence är två företag som gett sig på att lösa det-ta problem. Nyligen introducerade Sequence verktyget Physical Studio, som optimerar kretslayouten såväl före som efter ledningsdragning med hänsyn till det tredimensionella kapacitansproblemet. Verktyget analyserar signalintegritetsfrågorna och ska också ge en tidig uppskattning om timingmålen kan mötas. Timinguppskattningarna görs med en noggrannhet på 5 procent jämfört med verkligheten, vilket enligt företaget är betydligt bättre än de statiska timinganalysatorer som finns på marknaden.

Tack vare den noggrannare timing- och signalintegritetsanalysen behöver konstruktörerna inte ta till lika stora säkerhetsmarginaler. Enligt Sequence betyder detta att en konstruktion i 0,18 µm kan göras 15-20 procent snabbare, och dessutom 5-10 procent strömsnålare än om verktyget inte använts.

Ledaren löses upp

En annan konsekvens av allt smalare ledare är att konstruktörerna måste ta hänsyn till elektromigration i betydligt högre grad än tidigare. Elektromigration innebär att metallatomer diffunderar bort från ledaren på grund av lokal uppvärmning, orsakad av elektrisk ström. Både ledarbrott och kortslutningar kan uppstå.

Fenomenet uppträder så fort ström flyter genom en ledare, och har varit känt i över 100 år. I halvledarsammanhang har man till och från brottats med det sedan 1960-talet, men tack vare förbättrade metalliseringsprocesser har det ännu inte orsakat några oöverstigliga tillförlitlighetsproblem.

Nu finns dock flera tecken på att förebyggande av elektromigration kan bli nästa nödvändiga analyshjälpmedel för kretskonstruktörer. Kanske inte vid 0,18 eller 0,15 µm, men definitivt vid 0,13 µm.

Verktygstillverkaren Simplex hör till pionjärerna på detta område. Företaget har utvecklat en programvara, Sift-EM, som beräknar risken för elektromigration i såväl klockledningar som signalledningar, och dessa ledningars viahål. Ur nätlistan kan verktyget vaska fram de nät, segment eller viahål där elektromigration har störst risk att uppkomma, och ger då möjlighet för konstruktören att sätta in åtgärder som exempelvis breddning eller omdragning av specifika ledare.

Viktiga framgångsfaktorer

Elektromigration och optimering för timing och signalintegritet kan mycket väl bli två av de viktigaste framgångsfaktorerna för framtida kretskonstruktörer. Tidigare gällde det att minimera yta, men numera är kisel så billigt och antalet tillgängliga transistorer så stort att ytan inte är samma kritiska faktor längre.

Att minimera effekutvecklingen är förvisso också en viktig faktor, men här verkar både verktyg och konstruktionsmetodik ha nått betydligt längre. Dessutom förändras inte effektutvecklingsproblematiken lika fundamentalt när geometrierna krymper.

Verktygen för signalintegritet, timing och elektromigration som tar hänsyn till de förhållanden som gäller under 0,18 µm är ännu långt ifrån färdigutvecklade. Och de stora företagen i denna bransch, alltså Cadence, Synopsys och Avant, har ännu inte visat sina kort på området. I stället är det mindre aktörer, som Sequence, Magma, Monterey (som nyligen köpte Aristo) och Simplex som har varit tydligast i att visa på behovet av nytänkande.

Månne kommer den tekniska utvecklingen och behovet av nya verktyg även att speglas i ett ändrat styrkeförhållande på marknaden för verktyg för elektronikkonstruktion.