Свой ASIC за $2000: GDSII ушёл в шаттл и вернулся работающим кремнием
На carrier-плате под прозрачной эпоксидкой лежит кристалл размером в несколько миллиметров. Его подключили через breadboard к Raspberry Pi Pico, программа досчитала до 100 и остановилась по команде. Это результат проекта BreakingTTAPs: автор написал процессор, отдал GDSII в общий производственный шаттл и получил физический кремний, который действительно исполняет код.
Фабричный слот уже можно купить
Сцена важна не самим самодельным CPU. Открытый MPW-шаттл wafer.space на GlobalFoundries GF180MCU делает tape-out доступным индивидуальному инженеру: минимальный слот включает 1000 кристаллов: ранняя цена составляет $2000, стандартная — $3000. Поэтому «$2 за ASIC» следует читать как арифметику ранней партии, а не как стоимость готового устройства. Всё же порог покупки фабричного времени оказался сравним с дорогой лабораторной платой или измерительным прибором.
BreakingTTAPs выбран удачно именно как доказательство полного маршрута. Это двухшинный процессор transport-triggered architecture: программа задаёт перемещения данных между функциональными блоками, а вычисление вызывается самим попаданием операнда в нужный блок. На кристалле есть память и периферия, поэтому перед нами маленькая SoC. Исходник написан на типизированном HDL Spade, затем транслирован в Verilog и прошёл синтез, размещение, трассировку и проверки в LibreLane.
Минимальный слот имеет площадь 4.9 мм², из которых default pad ring оставляет 1.73 мм² для ядра, и выводит 48 I/O. Процесс 180 нм даёт пять уровней металлизации, MIM- и MOS-конденсаторы, обычные и высокоомные поликремниевые резисторы. Такая фабрика далека от гонки за плотностью цифровой логики, зато годится для интерфейсной обвязки, сенсорного AFE, clocking, TDC, корреляторов, простых PLL и управляющей части измерительного ASIC.
GDSII не заканчивается успешным DRC
Деньги за шаттл покупают площадь на общей пластине и набор изготовленных dies. Они не покупают работающий прибор. Потребуются модели PDK, RTL- и функциональная верификация, STA, питание и разводка земли, плата, корпус или chip-on-board, оснастка и время на поиск первой ошибки. У BreakingTTAPs один SPI-интерфейс, по сообщению о демонстрации, не заработал. Такой результат полезнее гладкой презентации: кремний запускается, но каждый периферийный блок ещё должен доказать свою жизнь.
Что остаётся сложным
Появился и более удобный вход в этот процесс. Community starter kit упаковывает GF180MCU-цепочку RTL → simulation → verification → GDSII в Docker и начинает с простого heartbeat-счётчика. Это снижает цену первой встречи с PDK и физическим дизайном. Однако DRC, LVS и antenna checks подтверждают изготовимость геометрии; они не гарантируют timing closure. Частота, IR drop, паразитики, домены питания и поведение кристалла на реальной плате остаются задачами проекта.
Именно здесь меняется инженерная модель. Раньше открытый кремний чаще означал микроскопический участок внутри учебного tape-out. Теперь можно получить собственный die с pad ring, а для более крупных слотов доступны и нестандартные варианты ввода-вывода. Отправка GDSII ещё не стала столь же беззаботной, как заказ Gerber, но вопрос постепенно сменился: фабрика доступна, осталось придумать схему, ради которой стоит проходить весь путь до кремния.