上海
据北京大学集成电路学院发布的消息，近日，华为报道了以逻辑折叠（Logic Folding）技术为核心的“韬（τ）定律”，将芯片设计从2D平面优化推向标准单元堆叠的3D重构。与传统的die-to-die堆叠不同，逻辑折叠并非将粗粒度的模块拆分到多块芯粒进行堆叠，而是在设计阶段就把同一模块内部的逻辑，细化到标准单元级，分布到垂直堆叠的多层晶圆上，通过微米/亚微米级face-to-face混合键合在垂直方向直接打通关键路径。
这一设计范式对EDA工具提出了新的要求。传统的2D设计流程，乃至现行的“赝3D” （pseudo-3D）设计流程，即综合后每个模块被一次性“钉死”到某一片die，再用2D EDA工具逐片实现，都已不足以发挥其潜力。要真正承载逻辑折叠，物理设计实现必须在完整的三维空间中搜索，模块内划分、跨die互连与垂直热路径优化应在同一个优化框架下协同求解。这正是“真3D”（true-3D）EDA工具的核心要义。
“真3D”vs“赝3D”：一个模块不再被钉死在某一片die上真3D与赝3D的范式差异可以归结为以下两点。
其一，划分粒度。赝3D以整个模块为最小单位被分到某一片die，模块内部的所有标准单元必然位于同一片die；真3D则支持模块内自由划分，同一模块内的标准单元可以被分布到不同die，设计空间更大。
其二，优化空间。赝3D在每片die上各自进行优化，大量复用传统2D芯片的EDA工具，不允许跨die逻辑变换、移动等操作。真3D则将多die构建的整体空间作为设计空间，各设计阶段均在完整的三维设计空间中进行搜索和寻优，不限制跨die逻辑变换、移动等操作。
“赝3D（pseudo-3D）”流程 （上图）vs “真3D（true-3D）”流程（下图）：模块级划分 vs 模块内划分
覆盖布局规划、布局与热感知优化的“真3D”物理实现EDA工具原型
围绕逻辑折叠所需的“真3D”能力，北京大学团队构建了相关物理实现EDA工具原型，覆盖布局规划和布局两个阶段，并通过GPU加速支持千万级实例规模。在技术层面，该工具将跨die线长、混合键合端子数量与垂直热路径纳入统一的可微优化框架，使标准单元能够在三维空间中协同放置，而不是被预先固定到某一片die；混合键合端子用量作为优化变量自动决策，可在线长与跨die连接开销之间取得平衡。
团队的工具已在开源工业级设计上完成系统验证，实例规模从约100万覆盖到约2470万。相比当前最具代表性的赝3D设计流程，物理实现指标方面取得了平均约30%的线长缩减、约6%的WNS改善与约12%的TNS改善；热感知方面，启用联合优化后峰值温度平均下降3%以上，线长几乎无损。以上结果的算法细节与完整结果将于近期发表。
“真3D”的未来
“真3D集成”及“真3D芯片设计”方法学是北京大学集成电路学院/微纳电子器件与集成技术全国重点实验室长期布局的方向。在EDA方面，团队已经研发了真3D时序分析引擎、布局规划引擎、布局引擎等。面向逻辑折叠及更广义的3D-IC设计需求，团队未来将扩展至多die堆叠及复杂3D集成场景，研究异构工艺节点下的真3D设计方法学，建立快速PPA评估与协同优化能力。
综上，逻辑折叠把“真3D”的EDA推到了一个长期被搁置的“真问题”面前，即物理实现的最小单位不再是“die”，而是“标准单元在三维空间中的位置”。北京大学将持续投入这一方向，与产业界共同构建下一代3D-IC设计基础设施。
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