密歇根大学(University of Michigan)是不断发展的运动的一部分,该运动通过提供开源工艺设计套件(pdk)、EDA工具和构建模块,使集成电路(IC)或芯片设计更容易获得。开源PDK的好处之一是促进更多人开发附带的EDA工具和开源寄存器传输语言(RTL)。谷歌一直强烈主张让每个人都能看到硬件设计的内幕,他们称之为“开源芯片”。
通过谷歌的开源计划,研究人员可以采用开源PDK,与各种软件专家合作开发工具,然后将最终设计交由SkyWater Technology半导体代工厂免费制造。唯一的要求是,最终的PDK向公众开放,并与他们的130纳米CMOS工艺兼容。Global Foundries还发布了开源pdk,并向开源芯片创新者免费提供180纳米CMOS工艺。
对研究人员来说,制造成本的潜在节省可以达到几十万美元。
NIST和谷歌的合作研究协议建立在谷歌开源倡议的基础上,通过为纳米制造研究开发更多的晶片和测试结构,这也包括了纳米制造研究。
从20世纪50年代开始,自由软件就一直是软件业的一个组成部分。它用来描述完全向公众开放的软件,使得与代码创建无关的个人可以根据自己的目的修改代码。
WordPress是开源软件的一个很好的例子。它对用户是免费的,有编程能力的人可以很容易地修改它。软件爱好者对开源软件GNU操作系统很熟悉,GNU操作系统是在20世纪80年代早期开发的,是为了对抗日益增长的商业化软件趋势。自由软件一直与专有软件并存,如Windows或Photoshop。谷歌通过其谷歌文档提供免费的微软办公软件。
近年来,硬件开发者社区已经开始了一场运动,提供与芯片设计相关的源材料的相同访问。例如,IEEE固态电路协会(SSCS)在2021年建立了IC设计推广平台(PICO)计划,目标是“与快速增长的开源社区合作,帮助加快所需生态系统的建设。”
基于该计划的成功,SSCS在一年后成立了一个新的技术委员会,致力于开源生态系统。作为开源硬件越来越受欢迎的最后一个例子,就在刚刚过去的9月,在同一个地点举行的ESSDERC(欧洲固态器件研究会议)和ESSCIRC(欧洲固态电路会议)会议上,举办了一个致力于开源多项目晶圆(MPWs)的研讨会,其中多个芯片项目可以在同一个晶圆上制造。该讲习班是在Skywater 130nm纳米PDK发布一年后举办的。
作为开源硅可以做什么的早期例子,密歇根大学的研究人员与谷歌和Efabless合作开发了一种开源的自主生成的自主温度传感器设计。该设计由SkyWater制作,是新的谷歌-SkyWater 130纳米实验中第一组项目的一部分。
MPW-5芯片

MPW-5芯片包括1400多个裸焊盘和大约500个测试结构,由晶体管、电容器、二极管、环形振荡器(RO)、线路和过孔链模块组成。
制造出的芯片已经分发给其他研究人员,以测试可重复性的另一个方面,即开源制造的芯片在不同的环境中是否会表现相同。因为这是物理器件,与使用开源软件或算法相比,有更多的变化空间。
在随后的开源设计中,使用谷歌开放多项目晶圆(MPW)计划的首批成功芯片之一是MPW-5。MPW-5基于一种新的开源工具,称为openFASOC,是开源完全自主系统芯片的缩写。OpenFASOC由Mehdi Saligane博士和一组研究人员开发,是FASOC的开源必然结果,合作者来自弗吉尼亚大学和ARM。
MPW-5芯片旨在满足纳米制造社区的新兴需求,即易于集成和易于基准测试。在谷歌的开源博客中,MPW-5芯片花了不到两个月的时间来设计,是第一批同类开源芯片设计之一。
MPW-6号和MPW-7
MPW-5很快被越来越复杂的成功设计所模仿。最近制造的芯片MPW-7包括5个不同的光电二极管、接入电路、VCO和电感。这些设计的合作者包括乔治华盛顿大学(George Washington University)和布朗大学(Brown University)的教师。

随着复杂性的增加,MPW-5之后是MPW-6(左)和MPW-7(右)。
也许开源设计中固有的可能性的一个更显著的标志是,MPW-7中VCO的布局是由高中生在研究科学家Mehdi Saligane的博士生Ming-Hung Chen和Anhang Li的帮助下设计的。Mehdi Saligane博士是开源芯片设计社区的领导者,他是首批制造成功芯片的研究人员之一,该社区是谷歌多项目晶圆计划的一部分。
开源pdk的另一个好处与安全性有关。IEEE Spectrum文章和其他地方已经描述了针对印刷电路板的恶意攻击的真实问题。
使用开源工具可以审查代码,并确切地看到芯片上有什么,使设计者能够控制工具链。
总之,开源芯片设计在研究活动和资金方面已经达到了一个临界点。
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