En la ola de innovación tecnológica, el campo del diseño de circuitos integrados ha marcado el comienzo de una forma de pensar revolucionaria.Conceptos como el IC cúbico (IC cúbico), el área de transferencia isócrona (ITA), el espacio litus (LIT) y el volumen funcional efectivo (EFV), que se mencionaron por primera vez el 7 de agosto de 2021, parecían bastante avanzados en ese momento.Pero a medida que pasa el tiempo, estas ideas que alguna vez se consideraron fantasiosas han encontrado gradualmente un punto de apoyo en el mundo real.Así como la ley de Moore fue increíble cuando se propuso por primera vez, ahora podemos integrar más de 100 millones de transistores en pequeños chips de menos de un milímetro cuadrado.Hoy, dos años después, todavía creo que vale la pena explorar nuevamente estas ideas innovadoras y recomendarlas a los lectores.
1. Innovación de diseño de circuito integrado desde una perspectiva tridimensional
En el diseño tradicional de circuitos integrados (IC) a gran escala, los diseñadores generalmente integran todo el sistema electrónico en un solo chip, que incluye un microprocesador, núcleo IP analógico, núcleo IP digital y memoria o interfaz de control de almacenamiento fuera de chip.Este proceso se basa en tecnología de integración bidimensional, en la que todas las unidades funcionales de transistores se encuentran en el mismo plano.
Sin embargo, a medida que la complejidad del sistema continúa aumentando, el aumento en el área de Chip se ha convertido en un problema inevitable, que afecta directamente el rendimiento del chip.Además, a medida que el progreso tecnológico se acerca a los límites físicos, los límites de la ley de Moore son cada vez más evidentes.Como resultado, las personas comenzaron a buscar nuevas soluciones, como el sistema de empaque (SIP) y la tecnología de empaque avanzada, el chipset (Chiplet) y la tecnología de integración heterogénea, etc., que se han convertido en la clave de la continuación de la ley de Moore.
En este contexto, propusimos una idea innovadora: diseñar circuitos integrados desde una perspectiva tridimensional.Tomando el diseño de un sistema en un chip (SOC) como ejemplo, ya no diseñamos todos los componentes en el mismo plano de obleas, sino que los distribuyan en diferentes niveles (pisos) y combinamos estos niveles para formar un chip completosistema.Como se muestra en la figura a continuación, cada piso tiene una capa de transistores y está interconectado a través del cableado de múltiples capas.Diferentes pisos se interconectan principalmente a través de Silicon VIA (TSV) y capas de redistribución (RDL).
Este método de diseño significa que se pueden fabricar diferentes pisos utilizando diferentes nodos de proceso, mientras que los transistores en el mismo nivel deben usar el mismo proceso.Esto no es solo una fusión de diseño integrado de circuitos y diseño de empaque avanzado, sino también un concepto de diseño nuevo.La dificultad radica en la innovación y adaptación de las herramientas EDA.
2. Requisitos de nuevos ERA para herramientas EDA
Herramientas de diseño tradicionales de IC Diseño transistores, resistencias y condensadores en un sustrato de silicio y realizan su interconexión a través del cableado de múltiples capas.Sin embargo, bajo la nueva idea de diseño, cuando hay varios pisos, no solo debemos considerar la interconexión de señal y el cableado dentro del piso, sino también la interconexión entre pisos.
Esto requiere que las herramientas EDA tengan capacidades tridimensionales de diseño de red y cableado, así como capacidades de optimización de red de múltiples saltos.En otras palabras, esta herramienta debería poder optimizar las conexiones de red entre múltiples diseños en un espacio al mismo tiempo.Pueden existir múltiples diseños en forma de pilas virtuales en el mismo entorno de diseño, o en diferentes entornos de diseño, pero la interacción de datos entre ellos debe coordinarse y administrarse de manera uniforme.
Actualmente no hay herramientas EDA en el mercado que satisfagan completamente esta demanda, pero las herramientas que se acercan a esta demanda han surgido en el campo del diseño de empaque avanzado, como la herramienta de diseño de embalaje avanzado de alta densidad HDAP.Además de las herramientas de diseño, las herramientas de simulación y verificación de EDA también deben mantenerse al día con el ritmo de desarrollo.Primero, las herramientas de simulación y verificación deben poder analizar correctamente los modelos de datos complejos.En segundo lugar, las herramientas de simulación deben usar algoritmos más potentes para realizar simulaciones y obtener resultados precisos, mientras que las herramientas de verificación deben garantizar la precisión y precisión de los datos del diseño a la producción.
Conclusión:
A medida que el campo del diseño de circuito integrado continúa desarrollándose y cambiando, nos enfrentamos a posibilidades y desafíos ilimitados.La idea de diseño de circuito integrado desde una perspectiva tridimensional propuesta en este artículo no es solo un desafío para los métodos de diseño tradicionales, sino también una innovación audaz para la tecnología existente.Anuncia la dirección futura del diseño integrado de circuitos y nos llevará a una nueva era de diseño electrónico más eficiente y complejo.A pesar de los muchos desafíos, tenemos razones para creer que con el avance continuo e innovación de la tecnología, este día se convertirá en realidad.