בגל החדשנות הטכנולוגית, תחום העיצוב המשולב במעגלים הוחלף דרך חשיבה מהפכנית.מושגים כמו IC מעוקב (מעוקב IC), אזור העברה איזוכרוני (ITA), שטח ליטוס (LITS) ונפח פונקציונלי יעיל (EFV), שהוזכרו לראשונה ב- 7 באוגוסט 2021, נראו די מתקדמים באותה עת.אך ככל שעובר הזמן, רעיונות אלה שנחשבו בעבר דמיוני מצאו בהדרגה דריסת רגל בעולם האמיתי.כשם שהחוק של מור היה מדהים כאשר הוצע לראשונה, אנו יכולים כעת לשלב יותר ממאה מיליון טרנזיסטורים על שבבים זעירים של פחות ממילימטר מרובע אחד.כיום, שנתיים אחר כך, אני עדיין מאמין שרעיונות חדשניים אלה שווה לחקור לעומק ולהמליץ עליהם לקוראים.
1. חדשנות בעיצוב מעגלים משולבים מנקודת מבט תלת מימדית
בעיצוב מסורתי של מעגל משולב בקנה מידה גדול (IC), מעצבים בדרך כלל משלבים את כל המערכת האלקטרונית כולה על שבב יחיד, כולל מעבד מיקרו, ליבת IP אנלוגית, ליבת IP דיגיטלית וזיכרון או ממשק בקרת אחסון מחוץ לשבב.תהליך זה מבוסס על טכנולוגיית אינטגרציה דו ממדית, בה כל יחידות הטרנזיסטור פונקציונליות ממוקמות באותו מישור.
עם זאת, ככל שמורכבות המערכת ממשיכה לגדול, העלייה באזור השבב הפכה לבעיה בלתי נמנעת, המשפיעה ישירות על תפוקת השבבים.בנוסף, ככל שהתקדמות טכנולוגית מתקרבת לגבולות פיזיים, גבולות החוק של מור מתבררים יותר ויותר.כתוצאה מכך אנשים החלו לחפש פתרונות חדשים, כמו אריזה במערכת (SIP) וטכנולוגיית אריזה מתקדמת, ערכת שבבים (צ'יפלט) וטכנולוגיית אינטגרציה הטרוגנית וכו ', שהפכו למפתח להמשך חוק מור.
בהקשר זה, הצענו רעיון חדשני: תכנון מעגלים משולבים מנקודת מבט תלת מימדית.אם לוקחים את העיצוב של מערכת-על-על-שבי (SOC) כדוגמה, אנו כבר לא מעצבים את כל הרכיבים באותו מטוס רקיק, אלא מפיצים אותם ברמות שונות (קומות), ומשלבים רמות אלה ליצירת שבב שלםמערכת.כפי שמוצג באיור שלהלן, לכל קומה יש שכבה של טרנזיסטורים והיא קשורה זה לזה באמצעות חיווט רב שכבתי.קומות שונות מחוברות זה לזה בעיקר באמצעות שכבות סיליקון (TSV) ושכבות חלוקה מחדש (RDL).
שיטת תכנון זו פירושה שניתן לייצר קומות שונות באמצעות צמתים שונים של תהליכים, ואילו טרנזיסטורים באותה רמה צריכים להשתמש באותו תהליך.זה לא רק מיזוג של עיצוב מעגלים משולב ועיצוב אריזה מתקדם, אלא גם מושג עיצוב חדש לגמרי.הקושי טמון בחדשנות ובהתאמה של כלי EDA.
2. דרישות עידן חדשות לכלי EDA
כלי עיצוב מסורתיים של פריסת IC עיצוב טרנזיסטורים, נגדים וקבלים על מצע סיליקון ומממש את הקשר שלהם באמצעות חיווט רב שכבתי.עם זאת, תחת רעיון העיצוב החדש, כשיש קומות מרובות, עלינו לא רק לשקול את חיבור האותות ואת החיווט בתוך הקומה, אלא גם את החיבור בין קומות.
זה מחייב כלי EDA כדי לקבל יכולות רשת תלת מימדיות ותכנון חיווט, כמו גם יכולות אופטימיזציה של רשת רב-שכבית.במילים אחרות, כלי זה אמור להיות מסוגל לייעל את חיבורי הרשת בין מספר פריסות בחלל בו זמנית.פריסות מרובות יכולות להתקיים בצורה של ערימות וירטואליות באותה סביבת עיצוב, או בסביבות עיצוב שונות, אך יש לתאם ולנהל את אינטראקציה הנתונים ביניהן באופן אחיד.
כרגע אין כלים של EDA בשוק העומדים במלואם בביקוש זה, אך כלים שמתקרבים לדרישה זו התגלו בתחום עיצוב האריזה המתקדם, כמו כלי עיצוב אריזה מתקדמת בצפיפות גבוהה HDAP.בנוסף לכלי עיצוב, כלי סימולציה ואימות של EDA חייבים להתעדכן בקצב הפיתוח.ראשית, כלי סימולציה ואימות צריכים להיות מסוגלים לנתח נכון את מודלי הנתונים המורכבים.שנית, כלי סימולציה צריכים להשתמש באלגוריתמים חזקים יותר כדי לבצע הדמיות ולקבל תוצאות מדויקות, בעוד שכלי אימות צריכים להבטיח את הדיוק והדיוק של נתונים מעיצוב לייצור.
סיכום:
כאשר תחום עיצוב המעגלים המשולב ממשיך להתפתח ולשנות, אנו מתמודדים עם אפשרויות ואתגרים בלתי מוגבלים.הרעיון המשולב לעיצוב מעגלים מנקודת מבט תלת מימדית המוצע במאמר זה אינו רק אתגר לשיטות תכנון מסורתיות, אלא גם חידוש נועז לטכנולוגיה קיימת.זה מבשר את הכיוון העתידי של תכנון מעגלים משולב ויוביל אותנו לעידן חדש של עיצוב אלקטרוני יעיל ומורכב יותר.למרות האתגרים הרבים, יש לנו סיבה להאמין שעם ההתקדמות והחדשנות המתמשכת של הטכנולוגיה, היום הזה יהפוך למציאות.