Лаборатория проектирования специализированных интегральных микросхем
на базе кафедры Электроники НИЯУ МИФИ
на базе кафедры Электроники НИЯУ МИФИ
Лаборатория проектирования специализированных интегральных микросхем создана на базе кафедры Электроники НИЯУ МИФИ в 2013 г. в рамках постановления Правительства Российской Федерации №220. Основное направление деятельности лаборатории связано с разработкой специализированных интегральных микросхем для аппаратуры физического эксперимента.
(информация о лаборатории на сайте www.p220.ru)
Лаборатория создана в рамках мероприятий по Постановлению Правительства РФ №220 по договору от 24 июня 2013 г. № 14.А12.31.002 между Министерством образования и науки Российской Федерации, НИЯУ МИФИ и ведущим ученым Самсоновым Владимиром Михайловичем
В лаборатории создана инфраструктура, в которой можно выделить 3 основных кластера:
Лаборатория размещается в помещениях общей площадью 120 кв.м., в которых создана организационная и техническая инфраструктура на 15-20 рабочих мест
Лаборатория оснащена САПР компаний Cadence и Mentor Graphics для сквозного проектирования интегральных микросхем
Для проведения исследования микросхем лаборатория имеет в том числе:
Проведение тренинговых занятий в рамках организованного совместно с компанией Cadence мероприятия "Международный научно-методический семинар и школа по средствам автоматизированного проектирования интегральных микросхем для физического эксперимента" (25-27 ноября 2019 г., НИЯУ МИФИ)
Фотография специализированной ИМС, предназначеной для считывания сигналов с GEM детекторов мюонной системы эксперимента CBM (FAIR, г. Дармштадт, Германия)
Используемое оборудование: зондовая станция Cascade
Работают более 10 специалистов, занимающихся разработкой специализированных интегральных микросхем. Средний возраст специалистов не превышает 35 лет
2 доктора и 3 кандидата наук, 4 аспиранта
2 мощных вычислительных сервера компаний DELL и INTEL, на которых инсталлированы средства микро- и наноэлектронных САПР для осуществления сквозного маршрута проектирования специализированных интегральных микросхем (СИМС)
12 LINUX рабочих станций DELL в качестве графических терминалов для клиентской работы по проектированияю СИМС и учебной (тренинговой) работы со студентами и аспирантами.
Гигабитная локальная сеть организована на коммутационном оборудовании компании CISCO
Технологические библиотеки и отработанные маршруты проектирования для КМОП (БиКМОП) технологий проектного уровня 350 - 22 нм
Лицензионные средства для сквозного проектирования интегральных микросхем от ведущих мировых компаний:
- Cadence Design Systems
- Mentor Graphics
Контрольно-измерительная аппаратура, предназначенная для исследований в лабораторных условиях широкого спектра специализированных микросхем. Оборудование представлено от таких компаний, как:
- National Instruments
- Keysight Technologies
- FEK Delvotec
- Pace Worldwide
Используемые технологии и сложность проектов
ЦИФРОВЫЕ СБИС:
АНАЛОГОВЫЕ ИМС:
Микросхема разработана по заказу ИКИ РАН и изготовлена по КМОП технологии AMS (Австрия) с проектной нормой 350 нм. Достигнуто высокое энергетическое разрешение канала 336 эВ (FWHM @ FeKα).
Эксперимент CBM, один из основных экспериментов на строящемся около GSI (г. Дармштадт, Германия) ускорительном комплексе FAIR, предназначен для исследования сверхплотной ядерной материи, создаваемой в центральных столкновениях при взаимодействии выведенного пучка тяжелых ядер (вплоть до урана) с энергией 8–35 АГэВ (А – массовое число налетающих ядер) с ядрами мишени. Мюонная система эксперимента CBM построена на газовых электронных умножителях (GEM) - наиболее перспективных современных газовых детекторах. Лаборатория занимается разработкой считывающей микросхемы для мюонных камер. В ходе проекта были разработаны несколько прототипов считывающей микросхемы для CBM.
Космический аппарат с научной аппаратурой НУКЛОН был выведен на околоземную орбиту в декабре 2014 года. Проект НУКЛОН предназначен для исследования космических лучей в диапазоне энергий 100 ГэВ – 1000 ТэВ, а так же спектров электронов от 20 ГэВ до 3 ТэВ. Главными характеристиками калориметрической системы являются линейность и динамический диапазон, который должен быть не менее 30 000 минимально-ионизирующих частиц (мип) с единичным зарядом. Для достижения этих характеристик, сотрудниками лаборатории по заказу НИИЯФ МГУ была разработана 32-х канальная специализированная интегральная микросхема (СИМС), имеющая уникальный динамический диапазон 1 - 40 000 мип, отношение сигнал/шум 2,5 при 2 мкс времени формирования сигнала и низкой потребляемой мощностью 1,5 мВ/канал. Описание микросхемы представлено на стр. 25 в отчете за 2009 г. европейской организации Europractice.
Микросхема разработана по заказу ФГУП ВНИИА им. Духова и изготовлена по кремний-германиевой 350 нм БиКМОП технологии компании AMS (Австрия). Размер кристалла – 3640 × 1725 мкм2. Диапазон рабочих температур от -60 до +70C. Потребляемая мощность – 3 мВт. Описание микросхемы представлено на стр. 17-18 в отчете за 2011 г. европейской организации Europractice.
реализуется по гранту РФФИ № 18-02-40093 по результатам конкурса на лучшие проекты по теме «Фундаментальные свойства и фазовые превращения адронной и кварк-глюонной материи: установка класса мегасайенс «Комплекс NICA» («Мегасайенс – NICA»)
Проект нацелен на совершенствование методов детектирования и алгоритмов обработки данных для проверки моделей, описывающих свойства адронной и кварк-глюонной материи с учетом характеристик экспериментальных установок. В ходе проекта в составе специализированной КМОП микросхемы проектного уровня 65 нм будет апробирован метод обработки детекторных сигналов, развиты принципы построения многоканального концентратора данных и их быстродействующей (более 1 Гб/с) обработки в условиях повышенной радиационной обстановки экспериментальных установок MPD и ВM@N.
Развитый метод может быть также применен в разных отраслях науки и техники, таких как: диагностическая медицина, геология, таможенный досмотр, мониторинг радиационного фона и т.д.
В 2020 году проведен анализ существующих методов проектирования КМОП интегральных микросхем, повышающих радиационную стойкость. Наиболее эффективные методы использованы при разработке аналоговых блоков прототипа СИМС концентратора данных. Также в состав микросхемы концентратора данных включены несколько тестовых схем для исследования потенциальных возможностей выбранной КМОП технологии на радиационную стойкость (по общей поглощенной дозе и по одиночным сбоям).
Используя структурную схему устройства (концентратора), спроектированную в течение 2019 года, выполнена разработка моделей цифровых блоков входящих в состав структуры на уровне регистровых пересылок (RTL). Выполнено тестирование и отладка моделей цифровых блоков. Проведена оценка полноты покрытия тестами RTL-описания микросхемы. Выполнен синтез цифровых блоков микросхемы. Определены основные характеристики блоков и микросхемы.
С использованием технологических библиотек (в англ. Design Kits) для КМОП технологии с проектной нормой 65 нм компании TSMC (Тайвань) на платформе САПР компании Cadence выполнена разработка топологии первой версии СИМС концентратора данных, предназначенной для время-проекционной камеры эксперимента MPD. Успешно проведены верификация спроектированной топологии и последующее моделирование. Разработанная топология позволила развить маршрут проектирования радиационно-стойких КМОП интегральных микросхем с учетом падений напряжения на проводниках топологической разводки и паразитных элементов в составе микросхемы.
Определены расчетные значения технических характеристик СИМС концентратора данных:
Занимаемая на кристалле микросхемы площадь – 1960 х 1960 мкм2;
Потребляемая мощность – не более 500 мВт;
Входной интерфейс данных – 8 каналов, 320 Мбит/с, SLVS;
Входной интерфейс управления – 1 канал, 2.56 Гбит/с, CML;
Выходной интерфейс данных – 2 канала, 2.56 Гбит/с, CML;
Выходной интерфейс управления – I2C, 10 битная адресация, частота 100 кГц ÷ 5 МГц, LVCMOS;
Интерфейс синхронизации – 6 каналов, 5/10/20/40/80/160/320 Мбит/с, SLVS.
Подготовленный проект первой версии СИМС в промышленном формате GDSII передан на фабрику-изготовитель -- в компанию TSMC (Тайвань). Проведено сопровождение изготовления СИМС концентратора данных, в частности, подготовлена сопроводительная документация и осуществлена передача проекта на технологический запуск через Европейскую организацию Europractice в рамках программы реализации многопроектных кристаллов небольшой площади (в англ. miniasic). Приемка проекта к запуску состоялась 3 декабря 2020 г. Дополнительно подготовлена и передана карта разварки в корпуса типа CPGA120. Поставка экспериментальной партии образцов СИМС в количестве не менее 20 шт. ожидается в конце марта 2021 г.
Лаборатория занимается организацией как частных, так и открытых регулярных Всероссийских научно-методических семинаров. Цель семинаров – ознакомление с методологией автоматизированного проектирования смешанных (аналого-цифровых) интегральных микросхем с использованием новейших программных продуктов из передовых микроэлектронных САПР. Одной из важных частей Семинаров традиционно являются практические (тренинговые) занятия как экспертного, так и начального уровней. Для проведения семинаров привлекаются хорошо распознаваемые в мире ученые и специалисты, занимающиеся проектированием специализированных микросхем для аппаратуры физического эксперимента.
Семинар и школа были проведены в НИЯУ МИФИ с 25 по 27 ноября 2019 г. совместно с американской компанией Cadence (сайт мероприятия http://cad.mephi.ru). По результатам прохождения тренинговых занятий выданы сертификаты о прохождении профессиональной подготовки по средствам проектирования Cadence.
Лаборатория заинтересована в привлечении к работе молодых квалифицированных сотрудников. Став сотрудником лаборатории вы сможете приобрести ценный практический опыт в разработке микросхем на всех этапах
Если вас заинтересовала одна из наших вакансий вы можете отправить свое резюме на e-mail: cad@mephi.ru с темой/пометкой "Отлик на вакансию"
В настоящий момент открыты следующие вакансии:
