در موج نوآوری تکنولوژیکی ، زمینه طراحی مدار یکپارچه به روش انقلابی تفکر شکل گرفته است.مفاهیمی مانند مکعب IC (مکعب IC) ، منطقه انتقال ایزوکرون (ITA) ، فضای Litus (LITS) و حجم عملکردی مؤثر (EFV) ، که برای اولین بار در 7 اوت 2021 ذکر شد ، در آن زمان کاملاً پیشرفته به نظر می رسید.اما با گذشت زمان ، این ایده هایی که زمانی خیالی تلقی می شدند ، به تدریج جایگاهی را در دنیای واقعی پیدا کرده اند.درست همانطور که قانون مور وقتی برای اولین بار پیشنهاد شد باورنکردنی بود ، اکنون می توانیم بیش از 100 میلیون ترانزیستور را بر روی تراشه های کوچک کمتر از یک میلی متر مربع ادغام کنیم.امروز ، دو سال بعد ، من هنوز هم معتقدم که این ایده های نوآورانه دوباره ارزش کاوش در عمق را دارند و آنها را به خوانندگان توصیه می کنند.
1. نوآوری طراحی مدار یکپارچه از منظر سه بعدی
در طراحی سنتی مدار یکپارچه در مقیاس بزرگ (IC) ، طراحان معمولاً کل سیستم الکترونیکی را بر روی یک تراشه واحد ، از جمله ریز پردازنده ، هسته IP آنالوگ ، هسته IP دیجیتال و حافظه یا رابط کنترل ذخیره سازی خارج از تراشه ادغام می کنند.این فرایند مبتنی بر فناوری ادغام دو بعدی است که در آن تمام واحدهای عملکردی ترانزیستور در همان صفحه قرار دارند.
با این حال ، با افزایش پیچیدگی سیستم ، افزایش منطقه تراشه به یک مشکل اجتناب ناپذیر تبدیل شده است که مستقیماً بر عملکرد تراشه تأثیر می گذارد.علاوه بر این ، با نزدیک شدن به پیشرفت تکنولوژیکی به محدودیت های جسمی ، مرزهای قانون مور به طور فزاینده ای آشکار می شود.در نتیجه ، مردم به دنبال راه حل های جدید مانند سیستم بسته بندی (SIP) و فناوری بسته بندی پیشرفته ، چیپست (چیپلت) و فناوری ادغام ناهمگن و غیره بودند که به عنوان کلید ادامه قانون مور تبدیل شده اند.
در این زمینه ، ما یک ایده نوآورانه پیشنهاد کردیم: طراحی مدارهای یکپارچه از دیدگاه سه بعدی.با در نظر گرفتن طراحی یک سیستم روی تراشه (SOC) به عنوان نمونه ، ما دیگر تمام اجزای موجود در همان هواپیمای ویفر را طراحی نمی کنیم ، بلکه آنها را در سطوح مختلف (طبقه) توزیع می کنیم و این سطح را ترکیب می کنیم تا یک تراشه کامل تشکیل شودسیستم.همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، هر طبقه دارای لایه ای از ترانزیستورها است و از طریق سیم کشی چند لایه به هم پیوسته است.طبقه های مختلف به طور عمده از طریق لایه های سیلیکون VIAS (TSV) و توزیع مجدد (RDL) به هم پیوسته اند.
این روش طراحی به این معنی است که می توان با استفاده از گره های فرآیند مختلف ، طبقه های مختلفی را تولید کرد ، در حالی که ترانزیستورها در همان سطح نیاز به استفاده از همان فرآیند دارند.این نه تنها تلفیقی از طراحی مدار یکپارچه و طراحی بسته بندی پیشرفته بلکه یک مفهوم طراحی کاملاً جدید است.این مشکل در نوآوری و سازگاری ابزارهای EDA نهفته است.
2. الزامات دوران جدید برای ابزارهای EDA
ابزارهای طراحی طرح بندی IC سنتی ترانزیستورها ، مقاومت ها و خازن ها را بر روی یک بستر سیلیکون طراحی کرده و از طریق سیم کشی چند لایه ارتباط آنها را تحقق می بخشند.با این حال ، تحت ایده جدید طراحی ، هنگامی که چندین طبقه وجود دارد ، ما نه تنها باید اتصال و سیم کشی سیگنال را در داخل طبقه در نظر بگیریم ، بلکه اتصال بین طبقه ها را نیز در نظر می گیریم.
این امر به ابزارهای EDA نیاز دارد تا از قابلیت طراحی شبکه سه بعدی و طراحی سیم کشی و همچنین قابلیت های بهینه سازی شبکه چند لایه برخوردار باشند.به عبارت دیگر ، این ابزار باید بتواند اتصالات شبکه بین چندین طرح را در یک فضا به طور همزمان بهینه کند.طرح های چندگانه می توانند در قالب پشته های مجازی در همان محیط طراحی یا در محیط های مختلف طراحی وجود داشته باشند ، اما تعامل داده ها بین آنها باید به طور یکنواخت هماهنگ و مدیریت شود.
در حال حاضر هیچ ابزار EDA در بازار وجود ندارد که کاملاً این تقاضا را برآورده کند ، اما ابزارهایی که به این تقاضا نزدیک می شوند در زمینه طراحی بسته بندی پیشرفته مانند ابزار طراحی بسته بندی پیشرفته با چگالی بالا HDAP پدید آمده اند.علاوه بر ابزارهای طراحی ، ابزارهای شبیه سازی و تأیید EDA نیز باید از سرعت توسعه استفاده کنند.اول ، ابزارهای شبیه سازی و تأیید باید بتوانند به درستی مدل های داده پیچیده را تجزیه کنند.ثانیا ، ابزارهای شبیه سازی برای انجام شبیه سازی ها و به دست آوردن نتایج دقیق باید از الگوریتم های قدرتمندتر استفاده کنند ، در حالی که ابزارهای تأیید باید از صحت و دقت داده ها از طراحی تا تولید اطمینان حاصل کنند.
نتیجه:
از آنجا که زمینه طراحی مدار یکپارچه در حال توسعه و تغییر است ، ما با امکانات و چالش های نامحدود روبرو هستیم.ایده طراحی مدار یکپارچه از دیدگاه سه بعدی ارائه شده در این مقاله نه تنها یک چالش برای روش های طراحی سنتی بلکه یک نوآوری جسورانه برای فناوری موجود است.این جهت آینده طراحی مدار یکپارچه را نشان می دهد و ما را به دوره جدیدی از طراحی الکترونیکی کارآمدتر و پیچیده تر سوق می دهد.علیرغم چالش های بسیاری ، ما دلیلی داریم که باور کنیم با پیشرفت مداوم و نوآوری فناوری ، این روز به واقعیت تبدیل می شود.