日本开源半导体制造新生态：后Efabless时代的PDK开放之路

《IEEE Solid-State Circuits Magazine》：Alternative Open Source Ecosystem: Manufacturing Platform in Japan [Society News]

本文报道了日本开源硅生态系统在Efabless关闭后的创新发展。面对PDK（Process Design Kit）保密协议限制行业参与度的痛点，OpenSUSI（Open Source Utilized Silicon Initiatives）联合东海理化（TOKAI RIKA）等传统晶圆厂推出NDA（Non-Disclosure Agreement）免费的1-μm CMOS工艺PDK平台，并通过九州大学工作坊开展从LED闪烁（L-chika）到PLL/DLL的模拟设计培训。该举措打破了设计壁垒，为培育半导体人才、激发创新业务及重塑日本产业格局提供了关键基础设施。

　　

在全球开源硅运动方兴未艾之际，即便是先驱者Efabless在2025年3月的关闭也未能阻挡其前进的步伐。行业的痛点在于，传统的半导体制造流程被严密的保密协议（NDA）所封锁，尤其是工艺设计工具包（PDK），这极大地限制了设计人员，特别是学术界和初创企业的参与度和创新能力。如何打破这一壁垒，构建一个开放、协作的半导体设计生态，成为后Efabless时代亟待解决的问题。正是在这样的背景下，日本的开源力量开始崭露头角，试图为本国的半导体产业开辟一条新的路径。这项研究发表于《IEEE Solid-State Circuits Magazine》，揭示了日本在构建开放半导体制造生态方面的具体实践与未来规划。

为了应对上述挑战，研究人员聚焦于建立开放的开源硅生态系统。其核心技术方法包括：与非营利组织OpenSUSI合作，推动传统晶圆厂发布NDA免费的PDK；与拥有30年以上汽车器件制造经验的6英寸晶圆厂东海理化（TOKAI RIKA）及九州大学协作，提供1-μm两层金属CMOS工艺技术；通过举办开源设计工作坊（如“L-chika”LED闪烁入门到多级运算放大器、电压基准、PLL/DLL等高级模拟设计）进行人才培养；同时筹备预定义框架 shuttle 服务，并积极争取另一家8英寸传统晶圆厂加入。

开源生态的构建与协作模式

研究通过成立非营利组织OpenSUSI，并与国内传统晶圆厂建立紧密合作关系，构建了开源生态的基础框架。其核心举措是推动晶圆厂发布无需NDA的PDK，类似于SkyWater和iHP所提供的开放资源。这种开放性极大地拓宽了设计机会，促进了想法和专有技术的交流，提升了设计技能和方法论，并为初创企业和新业务提供了沃土。2025年6月，OpenSUSI与RISE-A签署谅解备忘录（MOU），共同支持日本半导体社区，并于同月在东京日本桥举办的卫星开源硅工作坊吸引了约100名参与者，成为晶圆厂进入开源生态的转折点。

NDA免费PDK平台的具体发布

作为生态构建的关键一步，东海理化株式会社于2025年9月19日，在与九州大学和OpenSUSI的合作下，正式宣布发布一款NDA免费的PDK作为开源平台。该技术基于1-μm两金属层CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）工艺。为了验证和推广该平台，九州大学在2025年9月下旬主办了一场开源设计工作坊，作为“管道清洁”练习，而OpenSUSI则充当晶圆厂与学术界之间的桥梁，协调制造事宜。尽管工艺节点为1μm，但晶圆厂还将提供NDA免费的标准单元库，支持小规模数字电路的设计。

人才培养与技能发展路径

研究强调了通过教育和工作坊培养人才的重要性。九州大学主办的开源设计工作坊专注于入门级的定制版图和电路设计，从被称为“L-chika”（LED闪烁的日语简写）的硬件设计第一步开始，逐步进阶到更复杂的模拟设计，如多级运算放大器、电压基准和PLL（Phase-Locked Loop）/DLL（Delay-Locked Loop）电路。这种循序渐进的培训方式旨在夯实学员的设计基础，并引导其向高端技术发展。工作坊的详细信息将在《IEEE Solid-State Circuits Magazine》的下一期中详细报道。

未来规划与生态扩展

展望未来，OpenSUSI计划在2026年与晶圆厂提供预定义框架的 shuttle 服务，并在其知识库中托管和维护NDA免费的PDK。此外，正在与日本另一家8英寸传统晶圆厂进行讨论，促使其加入开源硅制造生态系统，这一努力得到了一封公开信的支持。OpenSUSI执行董事Sakurai先生概括其愿景时指出，支持开源PDK和积极参与开源硅生态系统，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。

本研究结论表明，通过建立开放协作的开源半导体制造平台，可以有效降低半导体设计的门槛，促进知识共享与技术创新。日本OpenSUSI与东海理化等机构的合作模式，为后Efabless时代开源硅生态的可持续发展提供了可行的路径。其意义不仅在于提供了具体的1-μm CMOS工艺PDK和培训体系，更在于构建了一个连接晶圆厂、学术界和产业界的桥梁，为培养本土半导体人才、激发创新活力以及重塑日本在全球半导体产业中的竞争力奠定了坚实基础。这种以开放、协作为核心的生态建设，对未来全球半导体产业的发展具有重要的借鉴意义。