I vågen av teknisk innovation har området för integrerad kretsdesign inlett ett revolutionerande sätt att tänka.Koncept som kubisk IC (kubisk IC), isokron överföringsområde (ITA), litusutrymme (LIT) och effektiv funktionell volym (EFV), som först nämndes den 7 augusti 2021, verkade ganska avancerad vid den tiden.Men när tiden går har dessa idéer som en gång ansågs fantasifulla gradvis hittat fotfäste i den verkliga världen.Precis som Moores lag var otrolig när den först föreslogs, kan vi nu integrera mer än 100 miljoner transistorer på små chips på mindre än en kvadratmillimeter.Idag, två år senare, tror jag fortfarande att dessa innovativa idéer är värda att utforska i djupet igen och rekommendera dem till läsarna.
1. Integrerad innovation av kretsdesign från ett tredimensionellt perspektiv
I traditionell storskalig integrerad Circuit (IC) -design integrerar designers vanligtvis hela elektroniska systemet på ett enda chip, inklusive en mikroprocessor, analog IP-kärna, digital IP-kärna och minne eller off-chip-lagringsgränssnitt.Denna process är baserad på tvådimensionell integrationsteknik, där alla transistorfunktionella enheter är belägna på samma plan.
När systemkomplexiteten fortsätter att öka har emellertid ökningen i chipområdet blivit ett oundvikligt problem, vilket direkt påverkar chiputbytet.När tekniska framsteg närmar sig fysiska gränser blir gränserna för Moores lag dessutom allt tydligare.Som ett resultat började människor söka nya lösningar, såsom system-i-paket (SIP) och avancerad förpackningsteknik, chipset (chiplet) och heterogen integrationsteknologi etc. som har blivit nyckeln till fortsättningen av Moore lag.
I detta sammanhang föreslog vi en innovativ idé: designa integrerade kretsar ur ett tredimensionellt perspektiv.Med utformningen av ett system-on-a-chip (SOC) som ett exempel utformar vi inte längre alla komponenter på samma skivplan, utan distribuerar dem på olika nivåer (våningen) och kombinerar dessa nivåer för att bilda ett komplett chipsystemet.Som visas i figuren nedan har varje våning ett skikt av transistorer och är sammankopplad genom flera lager ledningar.Olika våningar är huvudsakligen sammankopplade genom kiselvias (TSV) och omfördelningsskikt (RDL).
Denna designmetod innebär att olika våningar kan tillverkas med olika processnoder, medan transistorer på samma nivå måste använda samma process.Detta är inte bara en sammansmältning av integrerad kretsdesign och avancerad förpackningsdesign, utan också ett helt nytt designkoncept.Svårigheten ligger i innovation och anpassning av EDA -verktyg.
2. Krav på nya ERA för EDA -verktyg
Traditionella IC-layoutdesignverktyg Designtransistorer, motstånd och kondensatorer på ett kiselsubstrat och inser deras samtrafik genom ledningar med flera skikt.Under den nya designidén, när det finns flera våningar, måste vi emellertid inte bara överväga signalöverkopplingen och ledningarna i våningen, utan också sammankopplingen mellan våningar.
Detta kräver att EDA-verktygen har tredimensionella nätverks- och ledningsdesignfunktioner, samt multi-layout nätverksoptimeringsfunktioner.Med andra ord bör detta verktyg kunna optimera nätverksanslutningar mellan flera layouter i ett utrymme samtidigt.Flera layouter kan existera i form av virtuella staplar i samma designmiljö eller i olika designmiljöer, men datainteraktionen mellan dem måste samordnas och hanteras enhetligt.
Det finns för närvarande inga EDA-verktyg på marknaden som fullt ut uppfyller detta efterfrågan, men verktyg som kommer nära denna efterfrågan har dykt upp inom området avancerad förpackningsdesign, till exempel HDAP med hög densitet avancerad förpackningsdesign.Förutom designverktyg måste EDA -simulerings- och verifieringsverktyg också hålla jämna steg med utvecklingstakten.För det första måste simulerings- och verifieringsverktyg kunna korrekt analysera komplexa datamodeller.För det andra måste simuleringsverktyg använda kraftfullare algoritmer för att utföra simuleringar och få exakta resultat, medan verifieringsverktyg måste säkerställa noggrannhet och precision av data från design till produktion.
Slutsats:
När området för integrerad kretsdesign fortsätter att utvecklas och förändras står vi inför obegränsade möjligheter och utmaningar.Den integrerade kretsdesignidén ur ett tredimensionellt perspektiv som föreslås i denna artikel är inte bara en utmaning för traditionella designmetoder, utan också en djärv innovation för befintlig teknik.Den utgör den framtida riktningen för integrerad kretsdesign och kommer att leda oss till en ny era med effektivare och komplex elektronisk design.Trots de många utmaningarna har vi anledning att tro att med den kontinuerliga utvecklingen och innovationen av teknik kommer denna dag att bli verklighet.