מה זה Tapeout - והאם באמת שולחים קלטת לייצור?

עברנו דרך ארוכה:

• RTL
• Synthesis
• Place & Route
• STA
• Verification
• Simulation, FPGA, Emulation

וכעת הגענו לרגע המרגש ביותר בעולם עיצוב השבבים:

Tapeout או בעברית: שליחה לייצור.

זהו השלב שבו העיצוב “נשלח למפעל” - והשבב הופך למציאות.

למה קוראים לזה “Tapeout”?

בעבר, לפני עידן הדיגיטלי:

• העיצוב של השבב היה נשלח על קלטת מגנטית
• היא נקראה: Tape
• השליחה לייצור נקראה: Tapeout (הוצאת הקלטת)

היום, כמובן, לא שולחים קלטות. שולחים קבצים דיגיטליים גדולים.

אבל השם נשאר.

זה כמו “להקליט אלבום” - גם אם כבר לא מקליטים על תקליטורים.

מה בעצם קורה ב-Tapeout?

Tapeout הוא שלב שבו:

1. העיצוב המלא עבר את כל הבדיקות
2. ה-Layout מוכן
3. ה-STA עבר בהצלחה
4. כל הבאגים תוקנו
5. כל המערכת נבדקה

וכעת, שולחים את הקובץ הסופי למפעל (FAB).

הקובץ נקרא:

GDSII - Graphic Data System II

זהו פורמט שמתאר:

• כל שכבות השבב
• כל הטרנזיסטורים
• כל החוטים
• כל מבנה השבב ברזולוציה פיזית

זהו “תוכנית הבנייה” של השבב.

למה Tapeout הוא כל כך מרגש?

כי:

• זה סוף תהליך שלם שיכול לקחת שנים
• זה הרגע שבו העיצוב “יוצא מהידיים”
• לאחריו אי אפשר לשנות כלום
• טעות כאן עולה מיליוני דולרים

Tapeout הוא רגע של התרגשות וגם לחץ עצום.

צוותי פיתוח מבלים לילות שלמים לפני Tapeout כדי לוודא שהכל מושלם.

מה קורה אחרי Tapeout?

העיצוב מגיע למפעל (FAB).

המפעל:

1. בודק את הקובץ
2. מכין את המסכות (Masks) לייצור
3. מתחיל את תהליך הייצור הפיזי
4. מייצר Wafers (דיסקיות סיליקון)
5. חותך את השבבים מהדיסקיות
6. אורז אותם

זה לוקח בדרך כלל בין חודש לשלושה חודשים.

מה זה Mask Set?

כדי לייצר שבב, המפעל משתמש במסכות:

• כל שכבה בשבב צריכה מסכה משלה
• המסכה קובעת איפה יהיו טרנזיסטורים, חוטים, מתכת
• תהליך הייצור משתמש בעשרות מסכות

ה-GDSII הופך למסכות, והמסכות הופכות לשבבים.

האם יש עוד סיכוי לשנות משהו?

לא.

אחרי Tapeout:

• העיצוב קפוא
• לא ניתן לשנות RTL
• לא ניתן לתקן באגים
• כל שינוי דורש Tapeout חדש (= עלות עצומה)

לכן צוותי הפיתוח עושים הכל כדי לוודא שהעיצוב תקין לפני Tapeout.

יש מקרים שבהם מגלים באג אחרי Tapeout.

במקרים כאלה:

• לפעמים עושים Tapeout נוסף (Respin)
• לפעמים עוקפים את הבאג בתוכנה
• לפעמים השבב פשוט נכשל

זו הסיבה שצוותי Verification עובדים כל כך קשה.

כמה זה עולה?

Tapeout של שבב מודרני יכול לעלות:

• בתהליך ישן (28nm ומעלה): מאות אלפי דולרים
• בתהליך מתקדם (7nm, 5nm, 3nm): מיליוני דולרים
• שבב מורכב: עשרות מיליוני דולרים

זו השקעה ענקית.

לכן רק חברות גדולות או פרויקטים ממומנים היטב יכולים להרשות זאת לעצמם.

מה קורה לאחר הייצור?

אחרי שהשבב מיוצר:

1. מקבלים דגימות ראשונות (First Silicon)
2. מתחילים בדיקות (Bring-Up)
3. מאמתים שהשבב עובד
4. מתקנים באגים אם יש (בתוכנה או ב-Respin)
5. עוברים לייצור המוני

ואז מתחילה החיים האמיתיים של השבב.

משל שיעשה סדר

חשבו על בניית בניין:

Frontend: תכנון הארכיטקטורה - כמה חדרים, כמה קומות.

Backend: תכנון מפורט - איפה כל חדר, איפה הצנרת.

Verification: בדיקות שהכל תקין.

Tapeout: שליחת התוכניות למפעל הבנייה.

אחרי Tapeout: מתחילים לבנות בפועל - ואי אפשר יותר לשנות את התוכניות.

סיכום

Tapeout הוא:

• שליחת העיצוב הסופי למפעל
• קובץ GDSII שמכיל את כל השבב
• הרגע שבו העיצוב “נקפא”
• השלב שבו השבב עובר מתיאור לייצור
• אירוע מרגש ומלחיץ בו-זמנית

לאחר Tapeout, השבב נמצא בדרכו להפוך למציאות פיזית.

---

בפוסט הבא נלמד על FAB, Bring-Up ו-Post-Silicon Validation - מה קורה במפעל הייצור, איך בודקים את השבב הראשון, ואיך מוודאים שהוא עובד כמתוכנן.