Hôm nay, hãy cùng Học Vi Mạch Cùng ICTC tìm hiểu về một khái niệm đi đâu cũng gặp khi làm việc trong ngành vi mạch bán dẫn nhé.

Bạn có bao giờ nghe tới những cái tên như PDK 130nm SkyWater hay PDK 28nm TSMC chưa? Đây chính là những bộ Process Design Kit, tập hợp dữ liệu và công cụ được foundry cung cấp để cho phép kỹ sư thiết kế tạo ra chip phù hợp với công nghệ chế tạo thực tế. Nói một cách dễ hiểu, PDK giống như một gói hướng dẫn giúp kết nối thế giới vật lý của nhà máy bán dẫn với môi trường thiết kế số trong các phần mềm EDA. Foundry nắm trong tay công nghệ chế tạo, các đặc tính vật liệu và mô hình thiết bị, còn designer cần đưa toàn bộ dữ liệu này vào trong công cụ EDA để tạo ra các cell chuẩn (standard cell), IP hoặc SoC. Thay vì trao đổi bằng lý thuyết qua lại, PDK chính là gói dữ liệu đóng gói đầy đủ, giúp quá trình thiết kế có thể triển khai trên công nghệ thực tế của foundry.

Bên trong một PDK thường có nhiều thành phần. Đầu tiên là các quy luật thiết kế (Design Rules), bao gồm DRC để kiểm tra kích thước tối thiểu, khoảng cách giữa các lớp, LVS để đảm bảo layout khớp với schematic, cùng ERC/DFM để nâng cao khả năng chế tạo… Tiếp theo là mô hình thiết bị (Device Models), chẳng hạn SPICE models cho transistor, điện trở, tụ điện; các corner models mô phỏng sự thay đổi công nghệ (TT, SS, FF…); và deck trích xuất RC cho phân tích các thành phần ký sinh trên mạch điện (tụ điện, điện dung…).

Ngoài ra còn có các file công nghệ (Technology Files) định nghĩa lớp kim loại, via, diffusion, poly cũng như thông tin process stack để layout tool hiểu được. Cuối cùng, một số PDK có thể kèm theo thư viện cell chuẩn hoặc IP views, với dữ liệu timing/power (.lib), abstract view (.lef/.def) và layout (.gds/.oas).

Đối với thiết kế SoC hoặc IP, PDK là công cụ không thể thiếu. Thứ nhất, nó cung cấp độ chính xác cho mô phỏng: các mô hình transistor được hiệu chỉnh trực tiếp từ foundry giúp kết quả SPICE hay phân tích timing, power sát với thực tế. Thứ hai, PDK đảm bảo việc xác minh vật lý (Physical Verification), giúp layout tuân thủ đúng luật chế tạo, tránh lỗi dẫn đến giảm yield. Thứ ba, nó tạo sự chuẩn hóa: mọi nhóm thiết kế, từ analog, digital đến mixed-signal, đều làm việc trên cùng một định nghĩa công nghệ. Thứ tư, PDK còn hỗ trợ tích hợp IP nhờ các abstract view, cho phép ghép nối mượt mà trong flow Place & Route. Và cuối cùng, PDK giúp tối ưu hóa tính khả thi và tỷ lệ thành công khi sản xuất hàng loạt.

Chúng ta có thể hình dung PDK như quyển sách công thức cho một quy trình bán dẫn. Nếu không có PDK, designer gần như không thể thiết kế hay tape-out một con chip có khả năng sản xuất. Nó đảm bảo thiết kế phản ánh đúng vật lý, tuân thủ công nghệ của foundry và đạt được yield cao trong chế tạo thực tế.