《IEEE Solid-State Circuits Magazine》：Alternative Open Source Ecosystem: Manufacturing Platform in Japan [Society News]
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本文报道了日本开源硅生态系统的最新进展。面对Efabless关闭后的行业挑战，非营利组织OpenSUSI与日本传统晶圆厂合作，推出无需保密协议(NDA)的工艺设计工具包(PDK)，解决了半导体设计社区的技术壁垒。通过1-μm CMOS工艺平台和系列研讨会，该项目显著降低了设计门槛，促进了知识交流与技能提升，为日本半导体产业注入了创新活力。该合作模式为全球开源硬件运动提供了重要参考。
在全球半导体产业竞争日益激烈的背景下，开源硬件运动为技术创新提供了新的范式。尽管Efabless于2025年3月停止运营，但开源硅生态系统的生命力依然旺盛。日本作为半导体传统强国，正通过独特的合作模式推动这一领域的发展。2024年4月成立的非营利组织OpenSUSI（开源硅计划）与两家本土传统晶圆厂密切合作，致力于培育开放源码的半导体生态系统。
传统半导体设计面临的一个关键障碍是工艺设计工具包(Process Design Kit, PDK)的保密协议(Non-Disclosure Agreement, NDA)限制。这些PDK如同半导体设计的"配方"，包含了特定制造工艺的详细技术规范。没有PDK，设计师就无法将电路设计转化为实际可制造的芯片。然而，大多数晶圆厂要求签署严格的NDA才能获取PDK，这大大限制了设计机会，特别是对学术机构、初创公司和个人开发者而言。
OpenSUSI认识到这一痛点，致力于提供类似SkyWater和iHP的NDA-free PDK。这种开放性不仅拓宽了设计机会，还鼓励了想法和专有技术的交流，磨砺了设计技能和方法论，并培育了初创公司和新商业冒险。这一愿景在2025年9月19日取得了实质性进展，当时日本东海理化株式会社(TOKAI RIKA Co., Ltd.)——一家拥有30多年汽车相关器件制造经验的6英寸传统晶圆厂——宣布与九州大学和OpenSUSI合作，发布了一款NDA-free PDK作为开源平台。
该平台提供的技术是1-μm两金属层CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺。为铺平道路，九州大学将于2025年9月下旬举办开源设计研讨会作为"管道清洁"练习，而OpenSUSI将充当晶圆厂与学术界之间的桥梁，协调制造事宜的处理。OpenSUSI执行董事樱井先生总结这一愿景时表示："我们致力于支持开源PDK并积极参与开源硅生态系统，认为此类努力不仅有助于培养有才华的年轻人，还可能带来未来的商业机会，为日本的产业格局引入创新理念。"
研讨会将专注于入门级定制布局和电路设计，从所谓的"L-chika"（日语"LED闪烁"的简写，这是许多硬件设计课程的第一步）开始，逐步推进到更高级的模拟设计，如多级运算放大器、电压基准和PLL/DLL（锁相环/延迟锁相环）电路。尽管工艺是1-μm，该晶圆厂还将提供NDA-free标准单元库，支持小规模数字电路的设计。
展望未来，OpenSUSI计划在2026年与晶圆厂提供预定义框架的穿梭(Shuttle)服务，同时在OpenSUSI仓库中托管和维护NDA-free PDK。此外，正与日本另一家8英寸传统晶圆厂讨论加入开源硅制造生态系统，并有一封公开信支持其参与。2025年6月，OpenSUSI与RISE-A签署了谅解备忘录(MOU)，合作支持日本半导体社区。作为合作的一部分，OpenSUSI于2025年6月16日在东京日本桥举办了卫星OSS（开源硅）研讨会，吸引了约100名参与者，主要来自国内半导体行业。该活动证明是一个转折点，有效开启了晶圆厂进入开源生态系统的大门。
主要技术方法
本研究报道的技术方法主要包括：1) 与传统晶圆厂合作开发无需保密协议(NDA-free)的工艺设计工具包(PDK)，基于1-μm两金属层CMOS工艺；2) 建立开源设计研讨会作为技术推广和人才培养平台，涵盖从LED闪烁电路到多级运算放大器等模拟设计；3) 构建开源生态系统协调机制，由OpenSUSI组织充当晶圆厂、学术界和产业界的桥梁；4) 计划提供预定义框架的晶圆穿梭制造服务，降低小批量芯片制造门槛。
研究结果
开源PDK发布与技术规格
东海理化株式会社发布的NDA-free PDK采用1-μm两金属层CMOS工艺，这一技术节点虽然不如先进工艺紧凑，但足以满足教育、研究和特定应用场景的需求。该PDK包含了完整的工艺文件、设计规则和模拟模型，使设计师能够在不签署NDA的情况下进行完整的芯片设计流程。特别值得注意的是，除了模拟/RF设计能力外，该平台还提供了标准单元库，支持数字电路的设计实现，这扩大了平台的适用性。
教育研讨会与人才培养
九州大学主办的开源设计研讨会采用渐进式学习路径，从最基本的LED闪烁电路开始，逐步过渡到复杂的模拟电路设计。这种"管道清洁"练习不仅测试了PDK的实用性和可靠性，还为新入行的设计师提供了实践机会。研讨会内容设计考虑了不同层次学习者的需求，既有适合初学者的基础内容，也有面向有经验设计师的高级主题，如多级运算放大器、电压基准和PLL/DLL电路的设计。
生态系统建设与合作模式
OpenSUSI作为非营利组织，在生态系统中扮演了关键角色。它不仅技术托管PDK，还协调晶圆厂、学术界和产业界之间的合作。2025年6月与RISE-A签署的MOU及随后举办的卫星OSS研讨会，证明了这种多方合作模式的有效性。研讨会吸引了约100名参与者，主要来自日本国内半导体行业，表明产业界对这一开源倡议的高度兴趣。
未来扩展计划
OpenSUSI计划在2026年推出预定义框架的穿梭服务，这将进一步降低芯片制造的门槛。同时，与另一家8英寸传统晶圆厂的合作谈判也在进行中，有望扩大开源制造生态系统的规模和能力。这些扩展计划得到了社区支持，通过公开信等形式鼓励更多传统晶圆厂加入这一运动。
结论与讨论
日本开源硅生态系统的发展代表了一种创新的产业-学术-社区合作模式。通过提供NDA-free PDK，该项目解决了半导体设计社区长期面临的技术准入障碍。1-μm CMOS工艺虽然不处于技术前沿，但足以满足教育、研究和特定应用需求，特别是在物联网、边缘计算和专用集成电路领域。
这一倡议的重要意义在于其多重价值：技术层面，它降低了芯片设计的门槛，使更多创新想法能够转化为实际设计；教育层面，它为人才培养提供了实践平台，有助于解决半导体行业的人才短缺问题；产业层面，它可能催生新的商业模式和初创企业，为日本半导体产业注入活力。
与传统专有设计环境相比，开源方法促进了知识的透明共享和协作创新。东海理化作为拥有30多年经验的传统晶圆厂参与开源运动，也表明了这一模式对成熟企业的吸引力。随着更多晶圆厂的潜在加入，日本可能形成独特的开源半导体制造生态系统，为全球半导体产业提供另一种发展路径。
该研究发表在《IEEE Solid-State Circuits Magazine》上，不仅记录了技术进展，还提供了可复制的合作模式，对其他国家和地区建设类似生态系统具有参考价值。开源硬件运动在软件领域取得成功后，正逐渐向硬件领域扩展，而半导体作为硬件的核心，其开源化进程将对整个科技产业产生深远影响。
