來源：芝能芯芯

半導體行業(yè)的不斷進步和技術的發(fā)展，3D-IC（三維集成電路）和異構芯片設計已成為提高性能的關鍵途徑。然而，這種技術進步伴隨著一系列新的挑戰(zhàn)，尤其是在熱管理和布局規(guī)劃方面。
我們探討3D-IC和Chiplet設計所帶來的挑戰(zhàn)及其對物理布局工具的影響，并討論EDA（電子設計自動化）供應商如何應對這些挑戰(zhàn)。

Part 1

3D-IC 和異構芯片出現(xiàn)對設計帶來的影響

3D-IC 和異構芯片的出現(xiàn)要求對物理布局工具進行重大變革。芯片的放置和信號布線對整體系統(tǒng)性能和可靠性有著至關重要的影響。散熱成為 3D-IC 面臨的首要難題，邏輯芯片的堆疊導致熱量產(chǎn)生增加，而減薄基板雖縮短了信號傳輸距離，卻降低了傳熱能力，散熱器也不再適用。

解決方法在于精心配置芯片層，使熱量分散或限制在可有效散熱的區(qū)域，這需要內置到自動化工具中。例如，在實際應用中，若將高性能計算芯片進行 3D 堆疊，由于其高功率運行產(chǎn)生的大量熱量，若布局規(guī)劃不合理，可能導致局部過熱，影響芯片性能和穩(wěn)定性。
布局規(guī)劃、布局、時鐘和布線是布局布線流程的主要階段。布局規(guī)劃探索在流程早期進行，確定功能模塊的位置和連接性。隨著技術發(fā)展，從傳統(tǒng)的平面設計轉變?yōu)?3D 設計，設計變得更為復雜，需要考慮更多維度的因素，如芯片間的耦合效應、電阻率和時序路徑等。
在智能手機芯片設計中，不僅要考慮 CPU 和 GPU 的布局，還要考慮它們與內存芯片、通信芯片等在 3D 空間中的交互，以確保性能最優(yōu)且散熱良好。

Part 2

Chiplet設計的影響

Chiplet設計改變了傳統(tǒng)的布局布線流程，需要對邏輯分區(qū)進行優(yōu)化，并且在設計流程中必須考慮多芯片集成、異構技術以及高密度芯片間互連的復雜性。這要求EDA工具具備更強的多物理場模擬能力和智能化水平，以便更好地支持設計決策。
熱效應在3D結構中尤為重要，因為熱串擾可能影響設計的可靠性。為了管理這些效應，設計團隊需要打破傳統(tǒng)學科間的壁壘，將熱模擬等多物理效應更早地引入設計過程。
此外，由于電壓/頻率的動態(tài)變化會影響性能和計算吞吐量，因此需要進行瞬態(tài)熱功率斜坡建模。
EDA供應商正在積極開發(fā)新一代工具，這些工具不僅能夠處理傳統(tǒng)信號完整性和電源完整性分析，還能支持熱管理、信號完整性感知布線等高級功能。
此外，隨著AI技術的進步，EDA工具正在整合更多的人工智能功能，以實現(xiàn)更高效的設計和優(yōu)化。
隨著Chiplet設計和3D-IC技術的進一步發(fā)展，EDA工具將繼續(xù)進化以滿足更高層次的設計要求。未來的設計流程將更加自動化，并利用機器學習和人工智能技術來預測和優(yōu)化設計結果。
同時，跨領域合作將成為關鍵，以確保設計符合所有必要的約束條件。
3D-IC和Chiplet設計為半導體行業(yè)帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。為了克服這些挑戰(zhàn)，設計工具和流程必須不斷發(fā)展以支持更先進的技術。EDA供應商正通過創(chuàng)新的方法來應對這些挑戰(zhàn)，而隨著技術的進步，我們可以期待在未來幾年內看到更加高效和自動化的設計流程。

小結
隨著行業(yè)逐步過渡到Chiplet時代，我們正處于一個轉折點，這將對未來的電子產(chǎn)品產(chǎn)生深遠影響。EDA工具和設計流程的持續(xù)創(chuàng)新將是確保這一轉型成功的關鍵。

審核編輯 黃宇