隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）、5G通信和高性能計算（HPC）等新興技術(shù)的快速發(fā)展，市場對更高性能、更低功耗和更小體積的電子產(chǎn)品需求日益增加。

傳統(tǒng)的單片集成電路（IC）設(shè)計方法已經(jīng)難以滿足這些要求，因此，多芯片集成（如Chiplet設(shè)計）成為了一種新的趨勢。

Chiplet設(shè)計

帶來的挑戰(zhàn)及行業(yè)解決方案

Chiplet設(shè)計帶來了許多優(yōu)勢，同時也帶來了眾多新的挑戰(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，熱量管理變得更加困難。如果不能有效散熱，可能會導(dǎo)致芯片過熱，從而影響性能和壽命。

◎ 機械應(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)計階段通過精細(xì)的電氣分析和優(yōu)化來解決。

◎ 測試和驗證的復(fù)雜性：多芯片集成增加了測試和驗證的難度。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)計和優(yōu)化方法：采用從架構(gòu)規(guī)劃、物理設(shè)計到電氣和可靠性分析的全流程聯(lián)合設(shè)計和優(yōu)化方法。例如，西門子EDA提出的這種方法可以幫助設(shè)計團隊在各個階段進(jìn)行優(yōu)化，確保最終設(shè)計在各個方面都能達(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)計復(fù)雜性，提高設(shè)計效率和互操作性。

◎設(shè)計工具和流程的開發(fā)：開發(fā)一系列支持Chiplet設(shè)計的工具和流程。例如，西門子EDA推出的3DK工具包包括芯片設(shè)計工具包（CDK）、封裝組裝設(shè)計工具包（PADK）、材料設(shè)計工具包（MDK）和封裝測試設(shè)計工具包（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)計團隊進(jìn)行全面的設(shè)計、驗證和分析。

西門子EDA

面向Chiplet設(shè)計的創(chuàng)新解決方案

為了應(yīng)對Chiplet設(shè)計帶來的復(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)計到驗證的各個階段，還特別針對Chiplet設(shè)計的獨特需求進(jìn)行了優(yōu)化。

首先，芯片設(shè)計工具包（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)計工具包（PADK）為物理設(shè)計規(guī)劃和驗證提供了強大的支持。PADK包含了詳細(xì)的制造組裝設(shè)計規(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)計驗證工具，幫助設(shè)計師在早期階段就能發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題。

材料設(shè)計工具包（MDK）則為封裝組件的電氣和熱機械分析提供了必要的材料屬性。通過MDK，設(shè)計師可以獲取襯底、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)行熱管理和機械應(yīng)力分析至關(guān)重要，能夠幫助設(shè)計師優(yōu)化芯片和封裝材料的選擇，確保設(shè)計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)計團隊可以在設(shè)計初期就進(jìn)行全面的測試規(guī)劃，減少了后期測試和驗證的復(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。例如，通過3DK工具包，設(shè)計團隊可以進(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，并進(jìn)行功能驗證和測試規(guī)劃。同時，這些工具包還提供了熱管理和機械應(yīng)力分析的模型，確保設(shè)計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)和機遇。Chiplet設(shè)計作為一種新興的設(shè)計方法，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)實力，提供了一系列先進(jìn)的解決方案，幫助設(shè)計團隊克服這些挑戰(zhàn)，實現(xiàn)卓越的設(shè)計成果。

從概念到實現(xiàn)，西門子EDA的全面支持確保了Chiplet設(shè)計的成功應(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