¡Mamá, papá, quiero fabricar mi propio chip! ¿Puedo?

Bueno, aunque el título parezca algo cómico, lo cierto es que voy a hablar de algo serio que quizás algunos no conocen. Bien, parto de la necesidad que puede plantearse en algunas circunstancias donde un circuito impreso o el uso de placas como Arduino, etc., no sean prácticas. Es decir, cuando necesitas crear un circuito de mayor rendimiento, más complejo y de un tamaño más reducido. En estos casos, lo más sencillo sería optar por un FPGA e implementar tu circuito allí.

Las prestaciones que ofrece un FPGA son suficientes para la mayoría de casos prácticos. Pero vamos a suponer que no sea el tuyo, y necesites crearte un ASIC, un microprocesador para probar alguna microarquitectura que hayas creado, que necesites probar algún proyecto y tener algunas engineering samples (muestras de ingeniería), se trata de un proyecto universitario que se ha de pasar al silicio, o simplemente por «darte el gustazo» de tener un chip propio…

Bien, la razón me da igual, eso es lo de menos. A lo que voy es que si necesitas implementar tu diseño en un chip, quizás puedes pensar que eso no es posible. Que no puedes llamar a la puerta de TSMC o GlobalFoundries o cualquier otra foundry y decirle: «¡Ehh, chavales! Quiero que me fabriquéis esto«. De hecho tienes razón, no puedes hacer eso. Estos fabricantes trabajan con volúmenes muy elevados de obleas de silicio y tu bolsillo no podría pagar un contrato con ellos…

Modelos de empresas

Atrás quedaron los viejos IDMs (Integrated Device Manufacturer) que diseñaban y fabricaban, aunque aún queda alguno que otro como Intel, Samsung, etc. Pero Motorola y otros fabricantes fueron pioneros en vender sus fábricas (ahora Freescale) para transformarse en simples fabless. Uno de los últimos fue AMD, que vendió sus fábricas para ser una fabless pura y crear Global Foundries como un modelo puramente de foundry. Eso ayuda a reducir gastos, debido a que mantener y actualizar las fabs no es algo barato precisamente, especialmente cuando hay que adaptarlas a un nuevo nodo, en lo que se invierten muchos miles de millones.

Muchos otros nacieron como fabless desde el principio, como NVIDIA. Y así pueden centrarse en el diseño de los circuitos para luego encargarle su producción a una foundry. Incluso algunos grandes IDMs, como Intel, ceden parte de su carga a otras foundries cuando no pueden dar a basto, como ha sido el caso de algunos modelos de chips que se han fabricado en TSMC.

El modelo foundry (puras manufactureras) se permite costear los gastos en actualizaciones puesto que tienen un nivel de producción muy elevado. El motivo es que cada vez son más las fabless para pocas foundries que se hacen cada vez más y más grandes. Así es como se hacen sostenibles. Ten en cuenta, que en TSMC, actualmente se están fabricando los chips de AMD, NVIDIA, Qualcomm, Marvell, Broadcom, y un largo etc.

Si te fijas, en este tipo de foundries se fabrican gran cantidad de obleas de diferentes diámetros (150mm, 200mm, 300mm, etc.), en diferentes nodos (22nm, 14nm, 10nm, 7nm), y con diferentes tipos de sustratos, dependiendo de la fab de esa foundry en la que se esté fabricando la oblea y del tipo de aplicación del chip. Por ejemplo, los más avanzados, como los microprocesadores, tienen mayor superficie y se fabrican con los nodos más reducidos disponibles y en tamaños de obleas grandes para mejorar el yield.

Pero sea cual sea el tipo de oblea, todos los chips que se crean en ella son iguales. Por ejemplo, una oblea de 300mm (125 gr) podría albergar unos 320 microprocesadores de unos 200mm2 de tamaño del dado. Luego se cortan y se empaquetan… pero esto ya es otra historia. Lo que quiero es que comprendas que se producen en masa durante meses, por eso no es rentable que introduzcan tu diseño en la línea de producción para fabricar tan solo un puñado de unidades, ni siquiera para una sola oblea completa…

Y lo de montarte tu propia foundry en casa… ummm como que tampoco ¿verdad?

MPW (Multi-Project Wafer)

Un MPW es otro modelo alternativo a lo anterior. Y en este caso sí que puede ser una solución para poder fabricar tu propio chip a pequeña escala, sin tener que pagar ingentes cantidades de dinero y obtener en casa tus samples. Eso sí, sin testar, ya que ellos no los prueban, que funcionen, o no, depende de ti (aunque algunos servicios sí que incluyen verificación). Además, algunos se entregan empaquetados y otros sin empaquetar…

Por lo general diseñas tu CI, entregas el diseño en RTL y ellos se encargan de crear las máscaras, producirlo, y entregártelo en unas 8 semanas.

Como su propio nombre indica, lo que hacen es ajustar los distintos tamaños de dado (die) a la superficie de la oblea para intentar incluir la máxima cantidad de chips en ella, desperdiciando la mínima cantidad de superficie posible. Y no es algo sencillo teniendo en cuenta los tamaños dispares de todos los proyectos diferentes que se pueden fabricar en cada una de estas wafers.

Compartiendo los recursos de máscaras  obleas de pueden producir estos diseños en pequeñas cantidades sin que los costes sean extremadamente altos. Uno de los pioneros en ofrecer estos servicios fue MOSIS, y poco a poco llegaron más para satisfacer las necesidades de muchos ingenieros y organizaciones que necesitaban exportar al silicio sus diseños.

Al incluir múltiples diseños, los aspectos de las wafers es muy diferente a la de los modelos del apartado anterior, se puede apreciar a simple vista:

Servicios

Pero vamos al grano, estos son algunos de los servicios MPW que existen y que podrías contratar dentro de Europa:

  • Europractice: impulsado por la Comisión Europea, es probablemente uno de los más recomendables. Fabrican todo tipo de circuitos, desde ASICs, MEMS, fotónicos y de potencia.
  • MyCMP: otra empresa francesa que te va a interesar si buscas servicios MPW.
  • IHP-Microelectronics: en alemania también tienes esta otra opción.
  • Global Foundries: algunas grandes foundries, como GF, también tienen servicios MPW. Además, en el caso de GF, tiene fabs en Dresde, Alemania.
  • eSilicon: no es europea, pero tiene servicios aquí. Quizás también te interese Muse Semi.
  • ams: otra alternativa más… y hay algunas más, pero están por EE.UU. y otros países asiáticos en su mayoría.
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Isaac

Apasionado de la computación y la tecnología en general. Siempre intentando desaprender para apreHender.

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