隨著半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，尤其是摩爾定律的放緩，芯片設(shè)計和制造商們逐漸轉(zhuǎn)向了更為靈活的解決方案，其中“Chiplet”和“先進(jìn)封裝”成為了熱門的概念。它們不僅為解決傳統(tǒng)單片集成芯片（SoC）面臨的尺寸、成本和性能瓶頸提供了創(chuàng)新思路，也帶來了全新的設(shè)計和制造挑戰(zhàn)。特別是在這一過程中，EDA工具的角色變得尤為關(guān)鍵，但也面臨著許多技術(shù)上的難題。該文從介紹Chiplet與先進(jìn)封裝入手，分析兩者結(jié)合面臨的挑戰(zhàn)，并探索如何通過EDA工具去解決這些行業(yè)痛點(diǎn)。

Chiplet與先進(jìn)封裝的關(guān)系

什么是 Chiplet？

Chiplet是一種將復(fù)雜芯片系統(tǒng)分解為多個較小、相對獨(dú)立的功能單元的設(shè)計方式。這些芯片模塊可以在一個集成封裝中以不同的方式組合，以構(gòu)建出一個完整的系統(tǒng)。例如，一個高性能的計算平臺可能包含多個處理核心、存儲控制器、通信接口等，這些功能模塊被拆分成不同的Chiplet。它們通過高速的互聯(lián)方式（如高速串行總線、片內(nèi)光互聯(lián)等）連接在一起，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的協(xié)同工作。

Chiplet 的變革

在傳統(tǒng)SoC設(shè)計中，開發(fā)者通常需要從不同的IP供應(yīng)商獲取軟核（RTL代碼）、固核（門級網(wǎng)表）或硬核（GDSII版圖），再結(jié)合自研模塊，在特定工藝節(jié)點(diǎn)（如7nm、5nm）上完成芯片的集成、設(shè)計和制造。這種方案需要經(jīng)歷完整的流片過程，開發(fā)周期長，且大尺寸單芯片的良率問題可能導(dǎo)致成本上升。Chiplet技術(shù)將傳統(tǒng)IP復(fù)用提升至硅片級：開發(fā)者無需自行設(shè)計或生產(chǎn)某些功能模塊，而是直接采購已流片驗(yàn)證的Chiplet（如計算單元、I/O模塊等），通過先進(jìn)封裝技術(shù)將這些硅片組合成完整系統(tǒng)。本質(zhì)上，Chiplet是一種以裸片（Die）形式提供的“硬核IP”，其核心變革在于將系統(tǒng)集成從晶圓級轉(zhuǎn)移到封裝級。

Chiplet 的核心優(yōu)勢

1.模塊化設(shè)計，靈活擴(kuò)展

Chiplet將單芯片拆解為多個功能獨(dú)立的裸片（Die），支持像“樂高積木”一樣按需組合。例如，通過混合搭配計算、存儲和通信Chiplet，可快速定制適應(yīng)AI、HPC等不同場景的解決方案。AMD的EPYC處理器正是通過不同數(shù)量的CCD（核心復(fù)合裸片）和IOD（I/O裸片）組合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化。

2.良率提升與成本優(yōu)化

小尺寸Chiplet（如3mm×3mm）相比大尺寸SoC（如20mm×20mm）顯著降低了晶圓缺陷的影響。根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)，在相同缺陷密度下，Chiplet方案的良率可比傳統(tǒng)SoC提高30%以上，從而減少廢片損耗。

3.異構(gòu)集成，性能突破

Chiplet打破工藝和材質(zhì)的限制，允許將不同制程（如5nm邏輯芯片+28nm模擬芯片）、不同基底（硅、碳化硅）的裸片集成。例如，英特爾Ponte Vecchio GPU整合47個Chiplet，結(jié)合臺積電5nm與Intel 7工藝，實(shí)現(xiàn)算力密度翻倍。

4.降低研發(fā)門檻

通過復(fù)用已驗(yàn)證的Chiplet（如HBM內(nèi)存、SerDes接口），開發(fā)者可規(guī)避復(fù)雜模塊的設(shè)計風(fēng)險，將資源集中于核心功能開發(fā)。

什么是先進(jìn)封裝？

半導(dǎo)體封裝技術(shù)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到先進(jìn)的演進(jìn)歷程。傳統(tǒng)封裝始于三極管直插時代，其典型流程包括：將晶圓切割成裸片（Die），將裸片貼裝在引線框架的小島上，通過引線鍵合（Wire Bond）實(shí)現(xiàn)電氣連接，最后進(jìn)行塑封保護(hù)。這一時期的代表封裝形式包括DIP、SOP、TSOP、QFP等。隨著技術(shù)進(jìn)步，先進(jìn)封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，突破了傳統(tǒng)封裝的局限。這類技術(shù)主要包括倒裝芯片（Flip Chip）、凸塊（Bumping）、晶圓級封裝（WLP）、2.5D封裝（中介層、RDL等）以及3D封裝（TSV）等。通過3D堆疊、系統(tǒng)級封裝（SiP）等創(chuàng)新方法，先進(jìn)封裝實(shí)現(xiàn)了多芯片和功能模塊在單一封裝體內(nèi)的高度集成。相較于傳統(tǒng)引線鍵合技術(shù)，先進(jìn)封裝憑借高密度互連和異構(gòu)集成等先進(jìn)工藝，在系統(tǒng)集成度、尺寸微型化、能效比和性能表現(xiàn)等方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。最初，先進(jìn)封裝僅有WLP、2.5D和3D封裝等幾種形式，但近年來呈現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展態(tài)勢。各大廠商紛紛推出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)方案，如臺積電的InFO和CoWoS、日月光的FoCoS、Amkor的SLIM和SWIFT等。先進(jìn)封裝不僅是半導(dǎo)體制造工藝的重大突破，更從根本上重構(gòu)了芯片設(shè)計范式。特別是在Chiplet技術(shù)興起后，先進(jìn)封裝已成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵技術(shù)路徑之一，為半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了新的動力。

先進(jìn)封裝的關(guān)鍵要素

1.晶圓（Wafer）：先進(jìn)封裝的基石

晶圓作為半導(dǎo)體制造的基礎(chǔ)載體，其質(zhì)量直接影響最終芯片性能?，F(xiàn)代先進(jìn)封裝中，晶圓不僅承擔(dān)傳統(tǒng)電路加工功能，更成為異質(zhì)集成和多芯片封裝的關(guān)鍵平臺。隨著制程進(jìn)步，300mm大尺寸晶圓已成為主流，其對表面平整度和材料純度的要求也日益嚴(yán)苛，特別是在3nm以下制程中，晶圓缺陷控制精度需達(dá)到原子級水平。

2.凸點(diǎn)（Bump）：芯片互連的核心樞紐

作為芯片與封裝基板間的關(guān)鍵連接橋梁，凸點(diǎn)技術(shù)經(jīng)歷了從錫鉛合金到銅柱結(jié)構(gòu)的演進(jìn)。現(xiàn)代銅柱凸點(diǎn)具有以下優(yōu)勢：1.導(dǎo)電性提升30%以上2.機(jī)械強(qiáng)度增加50%3.環(huán)保合規(guī)性更優(yōu)，在倒裝芯片技術(shù)中，凸點(diǎn)間距已縮小至20μm以下，其排布密度直接影響封裝的信號完整性、散熱效率和機(jī)械可靠性。

3.重布線層（RDL）：信號優(yōu)化的關(guān)鍵路徑

RDL技術(shù)通過多層金屬布線實(shí)現(xiàn)：I/O密度提升10倍以上，信號傳輸距離縮短40%，阻抗匹配精度提高60%，在扇出型封裝中，RDL層數(shù)已發(fā)展至5層以上，線寬/線距達(dá)到2μm/2μm水平，有效支撐了高密度異質(zhì)集成需求。

4.硅通孔（TSV）：立體集成的技術(shù)突破

TSV技術(shù)的主要技術(shù)指標(biāo)：深寬比突破10:1，導(dǎo)通電阻降低至毫歐級，信號延遲縮減至皮秒級，在3D IC應(yīng)用中，TSV可實(shí)現(xiàn)超過10層的芯片堆疊，使互連密度達(dá)到傳統(tǒng)封裝的100倍，為高性能計算和AI芯片提供關(guān)鍵支撐。

這四大要素共同構(gòu)成了先進(jìn)封裝的技術(shù)矩陣：晶圓提供制造基礎(chǔ)，凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)可靠互連，RDL優(yōu)化信號分布，TSV突破空間限制。

它們的協(xié)同創(chuàng)新推動著封裝技術(shù)從平面集成向立體系統(tǒng)級集成的跨越式發(fā)展，為后摩爾時代的芯片性能提升開辟了新路徑。當(dāng)前最先進(jìn)的封裝方案已能實(shí)現(xiàn)單封裝集成超過1000億晶體管，信號傳輸帶寬突破TB/s級，這些突破都依賴于這四大核心技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)。