芯和半导体黄晓波：EDA使能3DIC Chiplet先进封装设计

为有效降低成本、进一步提升芯片性能和丰富芯片功能，国内各家头部厂商争相探索先进封装技术。先进封装技术作为提高连接密度、系统集成度及实现小型化的重要方法，在单芯片向更高端制程推进难度大增时，担负起延续摩尔定律的重任。

如今，除了单个芯片封装形式演进以外，多芯片集成、2.5D/3D 堆叠等技术也成为现阶段先进封装的主流技术路径，尤其对于大规模集成电路，Chiplet 封装技术应运而生发挥重要作用。

芯和半导体技术市场总监黄晓波博士在第三届中国临港国际半导体大会上表示，Chiplet成为当下芯片性能提升的重要途径，Chiplet实现关键在于先进封装，EDA工具配合Chiplet架构的革新和设计面临着非常大的挑战。

Chiplet发展现状和趋势

黄晓波博士称，先进工艺制程和摩尔定律在过去50多年支持了ICT基础设施发展，高性能计算推动了数字化转型的进程，过去十年算力的提升显而易见。从联接角度来看，目前应用部署的5G\5G-Advanced网络和光网络的速度持续提升,这背后都离不开高性能计算芯片的强大数据处理与转发能力。

当前逐步普及的无人自动驾驶汽车、智慧家庭、智慧医疗、智能制造，实际上都是摩尔定律在背后做底层的支撑，通过半导体工艺技术的不断升级突破带动整个系统能力提升。智能电子系统对算力需求越来越高，而且未来算力的需求永无止境。

黄晓波博士分析，过去五十多年摩尔定律牵引整个行业发展，如今用传统SOC架构设计算力芯片发现有一种心有余而力不足的感觉，这是因为通过半导体的微缩工艺，没办法像以前那样带动单位面积晶体管继续翻倍增长。 Chiplet 诞生背景是在摩尔定律放缓，与传统SoC 相比，Chiplet 在设计成本、良率、制造成本、设计灵活性等方面优势明显。

黄晓波博士补充，今后算力不一定是在数据中心大规模集群，算力会逐步向边缘和端侧下沉，带动各种应用包括无人自动驾驶、VR、AR。例如最近的高通、联发科发布的终端应用处理器里都有生成式AI GPU集成，算力以后是无处不在，任何场景下都可以感受到算力带来生活的便利。

先进制程工艺发展到一定阶段会接近物理极限，想进一步提高PPAC充满挑战。Chiplet可以解决这问题，用当前行业最新发布3纳米工艺实现芯片设计，集成的晶体管数量约1000亿左右，但是通过Chiplet架构去集成晶体管数量在2030年有望达到万亿规模。

今年6月，AMD发布的MI300X GPU加速器集成1530亿晶体管。此外， NVIDIA、特斯拉和Meta等厂商也都推行Chiplet架构去设计他们的算力芯片。

Chiplet实现关键在于先进封装

黄晓波博士称，Chiplet实现关键在于先进封装，没有先进封装技术，小芯粒就像乐高一样没办法加工制造。

无论如何封装，当两个模块放在不同的die，它们之间的通信将不可避免地比在同一个die上时要慢得多。因此，不能要求太多信号在芯片之间传递，也不能将系统性能绑定在这些芯片间链路性能上。

另外，电芯片可以和光芯片做一体化融合，可以带来更高系统性提升，还可以提供更节能和低功耗的解决方案。

支持Chiplet主流封装技术主要有CoWoS、 EMIB等。其中CoWoS技术得到了高端处理器和 GPU 等高性能芯片厂商的一致认可,当下产能处于严重不足的状态。

黄晓波博士总结，先进封装3D异构集成有互联、散热、良率、翘曲、无源器件集成还有可靠性和成本等挑战。Chiplet真正落地需要解决很多问题，这样才可以确保我们整体的PPA和成本还有可靠性的综合要素最优。

除封测之外，Chiplet需要构建新的设计思路，Chiplet架构设计系统级芯片需要跨体系、跨团队、多材料、多工艺节点和多厂商的协同配合。

Chiplet设计主要挑战

Chiplet要考虑的实现要素更加复杂，需要协同设计环境，跨领域工程进行适配，通过统一的数据库和平台去支持整个物理实现。

黄晓波博士表示，Chiplet设计，随着高频、高速和多复杂物理实现版图，后面的分析、仿真、验证是比较关键。随着Chiplet系统性的复杂度提升，需要在设计端开始就做好架构的规划和顶层设计的处理，然后再把这些条件贯彻到整个系统级Chiplet设计里面，会大幅提升整个设计效率。另外，从验证的角度来讲，跨工艺节点的约束、封装制造设计规划还有数据通信协议要遵从。

把Soc分成Chiplet,再通过先进封装将分散的功能Chiplet整合起来这一过程需要EDA工具提供全面支持，所以EDA工具配合Chiplet架构的革新和发展面临着非常大的挑战，芯和半导体提供一站式3DIC Chiplet架构探索设计和多物理场仿真EDA解决方案，满足用户Chiplet系统设计需求，并得到国内外头部高算力芯片设计厂商选购采用。

当下Chiplet成为我国半导体行业发展弯道超车的重要机遇，但也面临诸多挑战。“弯道超车”经常被赋予各种新兴技术，给人以振奋的精神。技术研发是没有捷径的。超车是靠实实在在的投入，经历时间、机遇、人才、技术、政策等多个维度的沉淀，才有可能迸发。Chiplet给EDA乃至整个芯片产业带来的，实际上是一种新的方向。在这个方向上，国内国外几乎同时起步。这给了国内厂商一个机会，可以在差距比较近的起跑线上开始这场比赛。