隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、西門新解人工智能(AI)、決方5G通信和高性能計(jì)算(HPC)等新興技術(shù)的案確快速發(fā)展,市場對更高性能、設(shè)計(jì)更低功耗和更小體積的西門新解電子產(chǎn)品需求日益增加。
傳統(tǒng)的決方單片集成電路(IC)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)難以滿足這些要求,因此,案確多芯片集成(如Chiplet設(shè)計(jì))成為了一種新的設(shè)計(jì)趨勢。
Chiplet設(shè)計(jì)
帶來的西門新解挑戰(zhàn)及行業(yè)解決方案
Chiplet設(shè)計(jì)帶來了許多優(yōu)勢,同時也帶來了眾多新的決方挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要集中在以下幾個方面:
◎ 熱管理問題:芯片之間的案確熱傳導(dǎo)和散熱是一個復(fù)雜的問題。隨著更多芯片堆疊在一起,設(shè)計(jì)熱量管理變得更加困難。西門新解如果不能有效散熱,決方可能會導(dǎo)致芯片過熱,案確從而影響性能和壽命。
◎ 機(jī)械應(yīng)力:不同芯片和封裝材料之間的熱膨脹系數(shù)不同,會導(dǎo)致在操作過程中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。這些應(yīng)力如果處理不好,可能會引起封裝破裂或者芯片損壞,影響產(chǎn)品的可靠性。
◎ 信號完整性:多芯片集成會引發(fā)信號完整性的問題,例如信號延遲、串?dāng)_和噪聲等。這些問題需要在設(shè)計(jì)階段通過精細(xì)的電氣分析和優(yōu)化來解決。
◎ 測試和驗(yàn)證的復(fù)雜性:多芯片集成增加了測試和驗(yàn)證的難度。需要確保每個芯片以及它們之間的接口都能正常工作,這要求更加復(fù)雜和精細(xì)的測試方法和工具。
面對這些挑戰(zhàn),行業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始采取一系列措施,例如:
◎聯(lián)合設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法:采用從架構(gòu)規(guī)劃、物理設(shè)計(jì)到電氣和可靠性分析的全流程聯(lián)合設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法。例如,西門子EDA提出的這種方法可以幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在各個階段進(jìn)行優(yōu)化,確保最終設(shè)計(jì)在各個方面都能達(dá)到預(yù)期的性能和可靠性。
◎標(biāo)準(zhǔn)化和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè):行業(yè)內(nèi)正在積極推動標(biāo)準(zhǔn)化工作。例如,西門子EDA參與的Chiplet設(shè)計(jì)交換(CDX)工作組致力于推薦和推廣標(biāo)準(zhǔn)化的芯片模型、工作流程和生態(tài)系統(tǒng)。這種標(biāo)準(zhǔn)化工作有助于降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性,提高設(shè)計(jì)效率和互操作性。
◎設(shè)計(jì)工具和流程的開發(fā):開發(fā)一系列支持Chiplet設(shè)計(jì)的工具和流程。例如,西門子EDA推出的3DK工具包包括芯片設(shè)計(jì)工具包(CDK)、封裝組裝設(shè)計(jì)工具包(PADK)、材料設(shè)計(jì)工具包(MDK)和封裝測試設(shè)計(jì)工具包(PTDK)。這些工具包提供了從芯片模型、封裝規(guī)則到材料屬性等各方面的支持,幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和分析。
西門子EDA
面向Chiplet設(shè)計(jì)的創(chuàng)新解決方案
為了應(yīng)對Chiplet設(shè)計(jì)帶來的復(fù)雜挑戰(zhàn),西門子EDA開發(fā)出完整的解決方案,這些解決方案不僅涵蓋了從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證的各個階段,還特別針對Chiplet設(shè)計(jì)的獨(dú)特需求進(jìn)行了優(yōu)化。
首先,芯片設(shè)計(jì)工具包(CDK)是整個解決方案的核心。它不僅提供了詳細(xì)的集成指南和驗(yàn)證指南,還包括了全面的熱模型和電氣模型。這些模型能夠幫助設(shè)計(jì)師準(zhǔn)確預(yù)測和分析芯片在各種操作條件下的表現(xiàn),確保設(shè)計(jì)的可靠性和性能。此外,CDK還包括物理模型和電源模型,提供了芯片的精確尺寸、形狀和電氣特性,這對于多芯片集成中的互操作性至關(guān)重要。
其次,封裝組裝設(shè)計(jì)工具包(PADK)為物理設(shè)計(jì)規(guī)劃和驗(yàn)證提供了強(qiáng)大的支持。PADK包含了詳細(xì)的制造組裝設(shè)計(jì)規(guī)則(ADR),如凸塊、TSV(硅通孔)和球狀連接的類型、尺寸和間距等。這些規(guī)則確保了芯片在組裝過程中能夠精確對齊和連接,減少了機(jī)械應(yīng)力和電氣問題的發(fā)生。同時,PADK還提供了路由規(guī)則和物理設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具,幫助設(shè)計(jì)師在早期階段就能發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題。
材料設(shè)計(jì)工具包(MDK)則為封裝組件的電氣和熱機(jī)械分析提供了必要的材料屬性。通過MDK,設(shè)計(jì)師可以獲取襯底、內(nèi)插器、PCB等組件的詳細(xì)材料屬性,如熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)和楊氏模量等。這些屬性對于進(jìn)行熱管理和機(jī)械應(yīng)力分析至關(guān)重要,能夠幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化芯片和封裝材料的選擇,確保設(shè)計(jì)在各種操作條件下的穩(wěn)定性和可靠性。
最后,封裝測試設(shè)計(jì)工具包(PTDK)為整個測試流程提供了詳細(xì)的指導(dǎo)。PTDK定義了測試引腳的位置、形狀、尺寸和功能,支持自動測試設(shè)備(ATE)硬件和測試。這些測試方案不僅覆蓋了芯片級的功能測試,還包括系統(tǒng)級的集成測試,確保每個芯片及其接口都能正常工作。通過PTDK,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以在設(shè)計(jì)初期就進(jìn)行全面的測試規(guī)劃,減少了后期測試和驗(yàn)證的復(fù)雜性。
如今,用戶可以利用西門子EDA提供的新解決方案和工作流程,成功采用Chiplet設(shè)計(jì)。例如,通過3DK工具包,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以進(jìn)行早期的架構(gòu)規(guī)劃和分析,選擇最優(yōu)的微架構(gòu)設(shè)計(jì),并進(jìn)行功能驗(yàn)證和測試規(guī)劃。同時,這些工具包還提供了熱管理和機(jī)械應(yīng)力分析的模型,確保設(shè)計(jì)在各種操作條件下的可靠性。
在瞬息萬變的未來世界中,半導(dǎo)體行業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。Chiplet設(shè)計(jì)作為一種新興的設(shè)計(jì)方法,雖然帶來了復(fù)雜的技術(shù)難題,但也為創(chuàng)新和性能提升提供了廣闊的空間。
西門子EDA憑借其卓越的領(lǐng)導(dǎo)地位和技術(shù)實(shí)力,提供了一系列先進(jìn)的解決方案,幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)克服這些挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)卓越的設(shè)計(jì)成果。
從概念到實(shí)現(xiàn),西門子EDA的全面支持確保了Chiplet設(shè)計(jì)的成功應(yīng)用,使之成為推動半導(dǎo)體行業(yè)前進(jìn)的重要動力。通過不斷的創(chuàng)新和優(yōu)化,西門子EDA將繼續(xù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展,為客戶創(chuàng)造更大的價值和更多的可能性。
審核編輯:彭菁
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