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西門(mén)子EDA重塑3D IC設(shè)計(jì):突破高效協(xié)同、可靠驗(yàn)證、散熱及應(yīng)力管理多重門(mén)

西門(mén)子EDA ? 來(lái)源:西門(mén)子EDA ? 2025-10-23 14:32 ? 次閱讀
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隨著摩爾定律逐漸接近物理極限,傳統(tǒng)的二維集成電路技術(shù)在性能提升和芯片密度方面遇到了瓶頸。為了滿足日益增長(zhǎng)的高性能計(jì)算、人工智能等應(yīng)用需求,3D IC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,通過(guò)將多個(gè)芯片和器件在垂直方向上進(jìn)行堆疊,極大地提高了芯片的集成度和性能,成為未來(lái)集成電路產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。然而,3D IC在設(shè)計(jì)過(guò)程中也面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。

高效協(xié)同平臺(tái),重塑異構(gòu)復(fù)雜設(shè)計(jì)范式

3D IC的設(shè)計(jì)復(fù)雜度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)平面IC,其核心在于需要將不同功能、不同工藝的芯片集成在一起,形成一個(gè)高性能的系統(tǒng)。這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程通常涉及多個(gè)工程團(tuán)隊(duì)的分布式設(shè)計(jì),而缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)管理環(huán)境使得跨系統(tǒng)連接規(guī)劃和協(xié)調(diào)變得極為困難。與此同時(shí),3D IC的設(shè)計(jì)規(guī)模不斷擴(kuò)大,目前業(yè)界領(lǐng)先的3D IC已有多達(dá)百萬(wàn)個(gè)管腳,這對(duì)設(shè)計(jì)工具的性能和效率提出了極高的要求。

2024年,西門(mén)子EDA推出Innovator3D IC解決方案,助力IC設(shè)計(jì)師高效創(chuàng)建、仿真和管理異構(gòu)集成的2.5D/3D IC設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠高效管理3D IC系統(tǒng)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)有效關(guān)聯(lián),不僅可以一鍵導(dǎo)出文件至仿真與驗(yàn)證工具,快速執(zhí)行評(píng)估,而且清晰的數(shù)據(jù)傳遞能夠助力設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和規(guī)避下游問(wèn)題。

2025年6月,Innovator3D IC套件發(fā)布,具備強(qiáng)大的多線程與多核處理能力,可為500多萬(wàn)管腳的設(shè)計(jì)提供優(yōu)化的性能。其中,Innovator3D IC Integrator,可通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型構(gòu)建數(shù)字孿生的整合集成環(huán)境,以用于設(shè)計(jì)規(guī)劃、原型驗(yàn)證及預(yù)測(cè)分析;Innovator3D IC Layout解決方案,可用于“設(shè)計(jì)即正確”封裝中介層與基底實(shí)現(xiàn);Innovator3D IC Protocol Analyzer,可用于芯粒間及裸片間接口合規(guī)性分析;Innovator3D IC Data Management,可以解決設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、協(xié)作性和可靠性,以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)IP的在研管理。

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Innovator3D IC還支持通過(guò)LEF/DEF進(jìn)行層次化器件規(guī)劃,可在短短幾分鐘內(nèi)構(gòu)建擁有百萬(wàn)個(gè)引腳的Chiplet(小芯片),并提供高效的ECO(工程變更指令)流程。它能夠在層次化數(shù)據(jù)模型之上,將芯片/小芯片、中介層、封裝基板乃至系統(tǒng)PCB建模為多層級(jí)的器件層次結(jié)構(gòu),即使在涉及超過(guò)五千萬(wàn)個(gè)引腳的設(shè)計(jì)組裝中,也能展現(xiàn)出卓越的可擴(kuò)展性、容量和性能。

此外,西門(mén)子EDA的物理設(shè)計(jì)工具xPD及Aprisa進(jìn)一步提供了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)自動(dòng)化、驗(yàn)證、優(yōu)化和良率增強(qiáng)技術(shù),確??蛻舻腖ayout設(shè)計(jì)滿足所有性能、制造和可靠性要求。這些工具的強(qiáng)大設(shè)計(jì)性能專(zhuān)為復(fù)雜設(shè)計(jì)而生,目前已支持總引腳超過(guò)200萬(wàn)管腳的復(fù)雜設(shè)計(jì)。與此同時(shí),xPD也支持多用戶異地實(shí)時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì),極大地提高了團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率并縮短了設(shè)計(jì)周期。

堆疊驗(yàn)證全覆蓋,筑牢3D IC可靠性

3D IC系統(tǒng)由多顆芯片堆疊而成,驗(yàn)證這些芯片在堆疊后是否正確連接,這不僅涉及芯片間的DRC(設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)和LVS(電路與版圖對(duì)比驗(yàn)證),尤其當(dāng)芯片采用不同制造工藝時(shí),如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)且高效的準(zhǔn)確驗(yàn)證,成為一個(gè)亟待解決的難題。此外,芯片堆疊連接后,整個(gè)ESD(靜電放電)網(wǎng)絡(luò)和路徑可能會(huì)發(fā)生本質(zhì)變化,如何驗(yàn)證新ESD網(wǎng)絡(luò)和路徑的可靠性變得更為復(fù)雜。

西門(mén)子EDA針對(duì)這些驗(yàn)證挑戰(zhàn),擴(kuò)展了其Calibre平臺(tái)。Calibre 3DStack工具能夠自動(dòng)化檢查die引腳版圖是否對(duì)準(zhǔn)以及3D IC的LVS,確保芯片間的連接正確無(wú)誤。同時(shí),Calibre 3DPERC和mPower工具可以驗(yàn)證die堆疊之后的可靠性問(wèn)題,例如ESD、EMIR等。

伴隨著復(fù)雜的3D IC設(shè)計(jì)系統(tǒng),同時(shí)也帶來(lái)了更多的系統(tǒng)性能問(wèn)題,如信號(hào)完整性、電源完整性等。西門(mén)子EDA提供組合Calibre xACT和HyperLynx SI,以及mPower和HyperLynx PI,可以對(duì)芯片、系統(tǒng)和PCB建模,并能夠進(jìn)行結(jié)合的仿真分析,保證整個(gè)3D IC系統(tǒng)的仿真結(jié)果和精度。此方案還可以嵌入到設(shè)計(jì)流程中進(jìn)行快速仿真,提升仿真收益。

前瞻性分析,解決散熱和應(yīng)力難題

在3D堆疊結(jié)構(gòu)中,每顆芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量難以有效散發(fā),熱量的堆積會(huì)導(dǎo)致晶體管結(jié)溫和金屬互聯(lián)線溫度的升高,從而影響芯片的性能,甚至損壞芯片。如何仿真3D IC的散熱情況,并將溫度分布反饋到每個(gè)芯片的器件來(lái)驗(yàn)證對(duì)性能的影響,是芯片設(shè)計(jì)工程師不得不面對(duì)的問(wèn)題。

西門(mén)子EDA推出的Calibre 3DThermal軟件,可針對(duì)3D IC中的熱效應(yīng)進(jìn)行分析、驗(yàn)證與調(diào)試。該工具可以讓芯片設(shè)計(jì)人員能夠從芯片和封裝設(shè)計(jì)的早期內(nèi)部探索到signoff階段,對(duì)熱效應(yīng)進(jìn)行快速建模和可視化呈現(xiàn)。它能夠幫助用戶分析芯片堆疊之后的散熱效果以及每個(gè)芯片上單元級(jí)別的熱分布狀況,從而仿真分析散熱對(duì)每個(gè)芯片的性能的影響,進(jìn)而優(yōu)化芯片的布局布線或封裝設(shè)計(jì),有效解決散熱問(wèn)題。

此外,隨著2.5D/3D IC架構(gòu)的裸片厚度降低及封裝工藝溫度升高,高溫會(huì)給芯片帶來(lái)新的應(yīng)力,從而導(dǎo)致器件的電學(xué)性能發(fā)生偏移,如何預(yù)估這種應(yīng)力對(duì)芯片電學(xué)性能的影響也是一個(gè)難題。

Calibre 3DStress正是針對(duì)這一挑戰(zhàn)而推出,支持在3D IC封裝場(chǎng)景下對(duì)熱-機(jī)械應(yīng)力及翹曲進(jìn)行晶體管級(jí)精確分析、驗(yàn)證與調(diào)試,使芯片設(shè)計(jì)師能夠在開(kāi)發(fā)早期評(píng)估芯片封裝交互作用對(duì)設(shè)計(jì)功能的影響。這種前瞻性分析不僅可預(yù)防后期失效,提升設(shè)計(jì)效率、良率及可靠性,還能優(yōu)化設(shè)計(jì)以提升性能與耐用性。

3D IC技術(shù)作為未來(lái)集成電路重要的發(fā)展方向,具有廣闊的應(yīng)用前景。西門(mén)子EDA憑借創(chuàng)新的、豐富的工具鏈,為3D IC的設(shè)計(jì)協(xié)同、堆疊驗(yàn)證、散熱和應(yīng)力等問(wèn)題提供了全面的解決方案,助力行業(yè)突破技術(shù)瓶頸。未來(lái),隨著工藝進(jìn)步和市場(chǎng)需求的推動(dòng),3D IC有望在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破,而西門(mén)子EDA將繼續(xù)引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新,為3D IC的可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。

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原文標(biāo)題:重塑3D IC設(shè)計(jì): 突破高效協(xié)同、可靠驗(yàn)證、散熱及應(yīng)力管理多重門(mén)

文章出處:【微信號(hào):Mentor明導(dǎo),微信公眾號(hào):西門(mén)子EDA】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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