由深圳瑞沃微半導(dǎo)體科技有限公司發(fā)布

隨著半導(dǎo)體工藝逐漸逼近物理極限，單純依靠芯片制程微縮已難以持續(xù)滿足人工智能、高性能計(jì)算等領(lǐng)域?qū)λ懔γ芏扰c能效的日益苛刻需求。在這一背景下，Chiplet（芯粒）技術(shù)作為“后摩爾時(shí)代”的關(guān)鍵突破路徑，通過將多個(gè)不同工藝、不同功能的模塊化芯片，借助先進(jìn)封裝技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)整合，成為實(shí)現(xiàn)高帶寬、低延遲、低功耗異構(gòu)計(jì)算的重要載體。然而，這種架構(gòu)也使得設(shè)計(jì)的復(fù)雜性從單一芯片擴(kuò)展至整個(gè)封裝系統(tǒng)，機(jī)械應(yīng)力、熱管理、信號(hào)完整性及電源完整性等多物理場問題相互交織，構(gòu)成了前所未有的仿真與驗(yàn)證挑戰(zhàn)。

在瑞沃微推動(dòng)的先進(jìn)封裝方案中，尤其是5D、2D、3D及2.5D等CSP封裝，顯著提高了芯片集成度，但也帶來了復(fù)雜的多物理場耦合效應(yīng)。例如，機(jī)械翹曲問題因封裝尺寸增大、材料多樣性以及熱應(yīng)力集中而加劇，其仿真精度高度依賴于對工藝參數(shù)和材料屬性的精確建模。熱管理方面，多芯片功耗疊加與局部熱密度升高，要求仿真必須構(gòu)建從芯片內(nèi)部到系統(tǒng)散熱路徑的完整熱阻網(wǎng)絡(luò)。這些機(jī)械與熱效應(yīng)還會(huì)進(jìn)一步影響傳輸線的電氣性能，使得傳統(tǒng)單一領(lǐng)域的信號(hào)分析必須演進(jìn)為多物理場協(xié)同仿真。

在諸多挑戰(zhàn)中，信號(hào)完整性問題尤為關(guān)鍵，它直接決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳輸性能。首要難點(diǎn)在于跨尺度電磁建?！环庋b內(nèi)，互連結(jié)構(gòu)尺寸從亞微米級(jí)的硅中介層布線，跨越至數(shù)十微米級(jí)的有機(jī)基板走線，尺度差異對電磁仿真工具的網(wǎng)格剖分與算法精度提出了極限要求。與此同時(shí)，Die-to-Die接口的數(shù)據(jù)速率持續(xù)攀升，高布線密度下的串?dāng)_與傳輸損耗問題加劇，再加上為低功耗優(yōu)化的簡化IO設(shè)計(jì)，使得信號(hào)時(shí)序裕量被極度壓縮。這就要求仿真工具不僅具備SPICE級(jí)別的電路仿真精度，還必須集成信號(hào)完整性與電源完整性協(xié)同分析能力，以準(zhǔn)確評估電源噪聲對時(shí)序的敏感影響。

電源完整性同樣面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。在AI等高性能計(jì)算場景中，計(jì)算單元突發(fā)電流對電源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成周期性沖擊，而高速接口的核心與IO電源則需在承受大電流的同時(shí)維持極低的噪聲水平。電源網(wǎng)絡(luò)的電磁建模同樣面臨跨尺度挑戰(zhàn)，仿真需在時(shí)域中復(fù)現(xiàn)最惡劣工況下的電流行為，精準(zhǔn)優(yōu)化電源分配網(wǎng)絡(luò)的頻域阻抗，并通過瞬態(tài)仿真驗(yàn)證負(fù)載突變引發(fā)的電壓波動(dòng)。

面對上述挑戰(zhàn)，仿真工具必須在精度與效率之間實(shí)現(xiàn)新的平衡。目前行業(yè)普遍面臨長瞬態(tài)仿真與統(tǒng)計(jì)仿真的取舍：前者能真實(shí)反映物理特性，是精度驗(yàn)證的基準(zhǔn)，但計(jì)算成本高昂；后者雖可大幅壓縮仿真時(shí)間，其系統(tǒng)性誤差在Chiplet對時(shí)序裕量極為敏感的設(shè)計(jì)中已不容忽視。為此，以瑞沃微為代表的行業(yè)參與者正積極推動(dòng)仿真技術(shù)棧的整體演進(jìn)，探索通過高保真電路模型、高精度電磁場求解器以及混合仿真策略，應(yīng)對跨尺度建模與多物理場耦合的復(fù)雜性。部分平臺(tái)已嘗試集成集成電路級(jí)與統(tǒng)計(jì)仿真求解器，在信號(hào)完整性/電源完整性協(xié)同分析中兼顧精度與效率，以解決傳統(tǒng)工具在網(wǎng)格適應(yīng)性與統(tǒng)計(jì)眼圖精度等方面的具體瓶頸。

Chiplet技術(shù)正在將芯片設(shè)計(jì)的戰(zhàn)場從晶圓層級(jí)延伸至整個(gè)封裝系統(tǒng)。在這一趨勢下，信號(hào)與電源完整性不再是孤立的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，而是與機(jī)械、熱等物理效應(yīng)深度耦合的系統(tǒng)級(jí)議題。突破跨尺度電磁建模瓶頸，實(shí)現(xiàn)高效、高精度的多物理場協(xié)同仿真，已成為釋放Chiplet性能潛力、推動(dòng)先進(jìn)封裝與CSP封裝持續(xù)演進(jìn)的關(guān)鍵。業(yè)界對新一代EDA工具的期待，也正聚焦于其能否在更嚴(yán)格的簽核標(biāo)準(zhǔn)下，真正實(shí)現(xiàn)從芯片到封裝乃至系統(tǒng)的全鏈路仿真閉環(huán)。