跑步进入Chiplet时代，国产EDA准备好了

　　面对摩尔定律趋近极限的挑战，3DIC Chiplet先进封装异构集成系统越来越成为产业界瞩目的焦点。这种创新系统不仅在Chiplet的设计、封装、制造、应用等方面带来了许多突破，同时也催生了全新Chiplet EDA平台。

　　11月3日，在“国际集成电路展览会暨研讨会”（IIC Shenzhen 2023）上芯和半导体技术市场总监黄晓波博士，分享议题为《EDA使能3DIC Chiplet先进封装设计》。芯和半导体深耕EDA行业多年，一些关键底座能力为Chiplet量身定做。黄晓波博士表示Chiplet技术成为当下提升芯片性能重要途径，并且分析Chiplet关键技术。

　　Chiplet先进封装产能不足

　　EDA被冠以“芯片之母”称号，其产业链重要性可见一斑。然而EDA今日地位并非一日铸就，是随着时间推移而成就的。

　　目前，EDA市场规模只占半导体市场2%，但是通过EDA设计并制造出集成电路年产值达到近5000亿美元。EDA相当于整个半导体生态支点，用类似杠杆的形式支撑起设计、晶圆制造、封测，包括整个电子系统应用场景。

　　当下在以美国为首的半导体先进国家对我国半导体制程做出限制，Chiplet成为我国提升半导体性能重要路径。Chiplet大概率会采用先进封装技术，比如当下炙手可热的2.5D封装CoWoS。

　　值得注意的是，当下引领先进封装技术的企业不再是以日月光、长电科技(600584)等传统OSAT，而是以台积电、英特尔为代表的Foundry。英伟达的AI图形处理单元（GPU）占据市场90%以上份额，目前供不应求价格飙升。而英伟达用于ChatGPT而闻名的旗舰A100和H100 GPU完全外包给台积电，三星未夺得订单，这得益于台积电CoWoS的封装技术。

　　当下台积电CoWoS先进封装技术产能严重不足。除了英伟达将扩大AI芯片下单量，超威半导体、亚马逊等大厂涌现出大量紧急订单，台积电不得不紧急增购CoWoS机台来提高产能。

　　Chiplet封装关键技术

　　先进封装是Chiplet 基石,小芯片连接在一起,从而构成整个系统级芯片。黄晓波博士分析推动Chiplet封装进步关键技术。

　　1，Die-to-Die互联。

　　Die-to-Die互联是Chiplet封装实现最重要环节。当前最主要Chiplet标准是UCIe，UCIe发布了1.1标准，指导业界企业用Chiplet实现产品设计。

　　UCIe 1.1规范的要点：针对汽车的增强功能，包括运行状况监控和高可靠性应用程序的修复；具有完整UCIe协议栈的流媒体协议的新用途，包括同时支持多协议和端到端链路层功能；通过新的凸点图优化高级封装的成本；增强合规性测试；UCIe 1.1规范可公开索取。

　　我国《小芯片接口总线技术要求》在去年12月16日举办的“第二届中国互联技术与产业大会”上发布。

　　2，先进封装3D异构集成。

　　当下异构集成成为热点话题。先进封装发展过程，真正有效地支撑了Chiplet系统的实现。

　　黄晓波博士表示，当前在Chiplet实现的过程中，工艺采用高密度大容量的封装形式去实现Die-to-Die的互联，加上没有大规模推广应用，成本还处于相对高位。未来随着Chiplet工艺成熟，以及大规模推广和应用之后，成本会下降，利用Chiplet的优势，进行芯片性能的提高和成本的降低。

　　3，设计流程和EDA工具

　　黄晓波博士称，Chiplet技术是一个新架构和设计理念，必然会驱动整个设计流程以及EDA工具全新适配，比如系统连接、顶层设计如何去规划。Die-to-Die互联，以及整体的层次设计，都需要从系统级的角度考虑。

　　黄晓波博士补充，物理实现也要重新考量。整个3D结构布局、布线，也需要设计团队不同角色分工配合，需要协同设计环境，跨领域角色的配合，更需要统一的数据库支撑顶层架构的实现。

　　版图布局规划做好之后，需要电性能分析、电磁分析、电热和应力分析。随着集成度越来越高的情况下，会有很多寄生效应发生，比如电磁干扰。

　　3DIC Chiplet EDA多物理场仿真平台

　　未来随着Chiplet 技术发展终究会使小芯片间的互联达到更高密度，要应对先进封装功能和密度的不断提升，散热、应力和信号传输等都是重大的考验。芯和半导体通过EDA多物理场仿真分析平台，如何支撑Chiplet的设计？

　　芯和半导体整体解决方案，围绕四大维度（信号的完整性、电源的完整性、多物理场的分析、整个系统的验证）都需要做EDA的适配根据Chiplet做调整，保证在设计的时候可以一站式、全流程地解决这个问题。

　　黄晓波博士表示，设计仿真第一步是设置好模型，第二步是做网格剖分，它决定着最后计算的精度和速度。如果想要精度高，就要牺牲速度，把网格剖分得更加紧密。芯和半导体做了很多研发投入，适配Chiplet设计，用最高效的网格剖分，基于人工智能的算法，得出最准的精度。

　　Chiplet需要通过跨尺度电磁仿真技术，实现一体化的仿真。这个仿真可以实现把Die级、中间层、仿真基板，都放到平台计算，得出总体的性能评估。芯和半导体提供的工具就可以实现联合电磁仿真。

　　黄晓波博士称，为了适配Chiplet的先进封装的典型场景，芯和半导体直接通过参数定义走线。比如CoWoS，基于五层结构，通过内置模型调用及参数定义的方式，直接仿真、评估它的性能。另外，还有一些过孔，TSV的密度、间距，都可以通过参数的方式做调整，得出最快的性能评估。

　　黄晓波博士分析，信号完整性也是被看中的因素。做大算力的过程中信号传输两端，需要信号完整性是一致的。实际操作环境中，发收端信号端，信号会受到干扰和噪声，到接收的部分会有信号的衰减，芯和半导体会提供信号的完整解决方案。

　　黄晓波博士补充，电源非常关键。高速大算力芯片每个信号的频率非常高，电源的完整性也需要做仿真，所谓的AC仿真，提前评估整个电源噪声、特性阻抗是否满足整体的设计要求。

　　黄晓波博士总结，芯和半导体的Metis技术已经被国际领先的Chiplet客户采用，从四个方面支撑客户产品开发。一是工艺方面可以支持TSMC的CoWoS，可以支持Intel的EMIB，还可以支持三星的I/R-Cube以及ASE的FOCoS；二是接口方面，可以支持HBM、GDDR、PCIe 6.0/5.0/4.0；三是设计流程，可以支持业界所有格式的文件导入；四是典型的走向、过孔的方式，支持模型的参数化设置。

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