في موجة الابتكار التكنولوجي ، بدأ مجال تصميم الدوائر المتكاملة بطريقة ثورية في التفكير.يبدو أن مفاهيم مثل IC المكعبة (IC المكعبة) ، ومنطقة النقل المتساقطة (ITA) ، ومساحة Litus (LITS) وحجم وظيفي فعال (EFV) ، والتي تم ذكرها لأول مرة في 7 أغسطس 2021 ، متطورة تمامًا في ذلك الوقت.ولكن مع مرور الوقت ، وجدت هذه الأفكار التي كانت تعتبر ذات يوم خيالية تدريجياً موطئ قدم في العالم الحقيقي.مثلما كان قانون مور لا يصدق عندما تم اقتراحه لأول مرة ، يمكننا الآن دمج أكثر من 100 مليون ترانزستور على رقائق صغيرة تقل عن مليمترات مربعة واحدة.اليوم ، بعد عامين ، ما زلت أعتقد أن هذه الأفكار المبتكرة تستحق الاستكشاف بعمق مرة أخرى والتوصية بها للقراء.
1. ابتكار تصميم الدوائر المتكامل من منظور ثلاثي الأبعاد
في تصميم الدائرة المدمجة على نطاق واسع (IC) التقليدي ، عادة ما يدمج المصممون النظام الإلكتروني بأكمله على شريحة واحدة ، بما في ذلك معالجات دقيقة أو جوهر IP التناظرية ، وانتظار IP الرقمي والذاكرة أو واجهة التحكم في التخزين خارج الرقاقة.تعتمد هذه العملية على تقنية التكامل ثنائي الأبعاد ، حيث توجد جميع الوحدات الوظيفية الترانزستور على نفس الطائرة.
ومع ذلك ، مع استمرار زيادة تعقيد النظام ، أصبحت الزيادة في منطقة الرقاقة مشكلة لا مفر منها ، والتي تؤثر بشكل مباشر على محصول الرقاقة.بالإضافة إلى ذلك ، مع اقتراب التقدم التكنولوجي من الحدود المادية ، أصبحت حدود قانون مور واضحة بشكل متزايد.ونتيجة لذلك ، بدأ الناس في البحث عن حلول جديدة ، مثل System-In-Package (SIP) وتكنولوجيا التغليف المتقدمة ، شرائح الشرائح (Chiplet) وتكنولوجيا التكامل غير المتجانسة ، وما إلى ذلك ، والتي أصبحت مفتاحًا لاستمرار قانون مور.
في هذا السياق ، اقترحنا فكرة مبتكرة: تصميم دوائر متكاملة من منظور ثلاثي الأبعاد.مع أخذ تصميم نظام على الرقاقة (SOC) كمثال ، لم نعد نخيم جميع المكونات على نفس طائرة الرقاقة ، لكننا نقوم بتوزيعها على مستويات مختلفة (Stoly) ، ونجمع هذه المستويات لتشكيل شريحة كاملةنظام.كما هو مبين في الشكل أدناه ، يحتوي كل طابق على طبقة من الترانزستورات ويتم ربطه من خلال الأسلاك متعددة الطبقات.يتم ربط الطوابق المختلفة بشكل أساسي من خلال طبقات السيليكون (TSV) وطبقات إعادة التوزيع (RDL).
تعني طريقة التصميم هذه أنه يمكن تصنيع الطوابق المختلفة باستخدام عقد عملية مختلفة ، بينما تحتاج الترانزستورات على نفس المستوى إلى استخدام نفس العملية.هذا ليس فقط مزيج من تصميم الدوائر المتكاملة وتصميم التغليف المتقدم ، ولكن أيضًا مفهوم تصميم جديد تمامًا.تكمن الصعوبة في ابتكار وتكييف أدوات EDA.
2. متطلبات حقبة جديدة لأدوات EDA
أدوات تصميم تصميم IC التقليدية تصميم الترانزستورات والمقاومات والمكثفات على ركيزة السيليكون وتحقق ربطها من خلال الأسلاك متعددة الطبقات.ومع ذلك ، بموجب فكرة التصميم الجديدة ، عندما يكون هناك عدة طوابق ، يجب ألا ننظر فقط في ترابط الإشارة والأسلاك داخل الطابق ، ولكن أيضًا الترابط بين الطوابق.
يتطلب هذا أدوات EDA أن تحتوي على إمكانات تصميم ثلاثية الأبعاد وأسلاك الأسلاك ، بالإضافة إلى إمكانات تحسين الشبكة متعددة الطبقات.بمعنى آخر ، يجب أن تكون هذه الأداة قادرة على تحسين اتصالات الشبكة بين تخطيطات متعددة في الفضاء في نفس الوقت.يمكن أن توجد تخطيطات متعددة في شكل مكدسات افتراضية في نفس بيئة التصميم ، أو في بيئات تصميم مختلفة ، ولكن يجب تنسيق التفاعل بين البيانات بينهما وإدارته بشكل موحد.
لا توجد حاليًا أي أدوات EDA في السوق تلبي هذا الطلب بالكامل ، لكن الأدوات التي تقترب من هذا الطلب ظهرت في مجال تصميم التغليف المتقدم ، مثل أداة تصميم التغليف المتقدمة عالية الكثافة.بالإضافة إلى أدوات التصميم ، يجب أيضًا مواكبة أدوات محاكاة EDA والتحقق منها مع وتيرة التطوير.أولاً ، يجب أن تكون أدوات المحاكاة والتحقق قادرة على تحليل نماذج البيانات المعقدة بشكل صحيح.ثانياً ، تحتاج أدوات المحاكاة إلى استخدام خوارزميات أكثر قوة لإجراء عمليات المحاكاة والحصول على نتائج دقيقة ، في حين تحتاج أدوات التحقق إلى ضمان دقة ودقة البيانات من التصميم إلى الإنتاج.
خاتمة:
مع استمرار تطوير مجال تصميم الدوائر المتكاملة والتغيير ، نواجه إمكانيات وتحديات غير محدودة.إن فكرة تصميم الدوائر المتكاملة من منظور ثلاثي الأبعاد مقترح في هذه المقالة ليست مجرد تحد لأساليب التصميم التقليدية ، ولكن أيضًا ابتكار جريء للتكنولوجيا الحالية.إنه يتفكر في الاتجاه المستقبلي لتصميم الدوائر المتكاملة وسيقودنا إلى حقبة جديدة من التصميم الإلكتروني الأكثر كفاءة وتعقيد.على الرغم من التحديات الكثيرة ، لدينا سبب للاعتقاد بأنه مع التقدم المستمر والابتكار في التكنولوجيا ، سيصبح هذا اليوم حقيقة واقعة.