ในคลื่นของนวัตกรรมทางเทคโนโลยีสาขาการออกแบบวงจรแบบบูรณาการได้นำไปสู่การปฏิวัติวิธีคิดแนวคิดเช่นลูกบาศก์ IC (ลูกบาศก์ IC), พื้นที่ถ่ายโอน isochronous (ITA), พื้นที่ Litus (LITS) และปริมาณการทำงานที่มีประสิทธิภาพ (EFV) ซึ่งได้รับการกล่าวถึงครั้งแรกเมื่อวันที่ 7 สิงหาคม 2564 ดูเหมือนจะค่อนข้างก้าวหน้าในเวลานั้นแต่เมื่อเวลาผ่านไปความคิดเหล่านี้ที่ครั้งหนึ่งเคยถูกพิจารณาว่าเพ้อฝันได้ค่อยๆพบว่าตั้งหลักในโลกแห่งความเป็นจริงเช่นเดียวกับกฎของมัวร์ที่เหลือเชื่อเมื่อมีการเสนอครั้งแรกตอนนี้เราสามารถรวมทรานซิสเตอร์มากกว่า 100 ล้านตัวบนชิปเล็ก ๆ น้อยกว่าหนึ่งตารางมิลลิเมตรวันนี้สองปีต่อมาฉันยังเชื่อว่าความคิดที่เป็นนวัตกรรมเหล่านี้คุ้มค่าที่จะสำรวจในเชิงลึกอีกครั้งและแนะนำให้พวกเขาไปยังผู้อ่าน
1. นวัตกรรมการออกแบบวงจรแบบบูรณาการจากมุมมองสามมิติ
ในการออกแบบวงจรรวมขนาดใหญ่แบบดั้งเดิม (IC) นักออกแบบมักจะรวมระบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดบนชิปเดียวรวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์, คอร์ IP แบบอะนาล็อก, IP Core ดิจิตอลและหน่วยความจำกระบวนการนี้ใช้เทคโนโลยีการรวมสองมิติซึ่งหน่วยการทำงานของทรานซิสเตอร์ทั้งหมดตั้งอยู่บนระนาบเดียวกัน
อย่างไรก็ตามเมื่อความซับซ้อนของระบบเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องการเพิ่มขึ้นของพื้นที่ชิปได้กลายเป็นปัญหาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตชิปนอกจากนี้เมื่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเข้าใกล้ขีด จำกัด ทางกายภาพขอบเขตของกฎของมัวร์ก็ชัดเจนขึ้นเรื่อย ๆเป็นผลให้ผู้คนเริ่มค้นหาโซลูชั่นใหม่เช่น System-in-Package (SIP) และเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงชิปเซ็ต (Chiplet) และเทคโนโลยีการบูรณาการที่แตกต่างกัน ฯลฯ ซึ่งได้กลายเป็นกุญแจสู่ความต่อเนื่องของกฎหมายของมัวร์
ในบริบทนี้เราเสนอแนวคิดที่เป็นนวัตกรรม: การออกแบบวงจรรวมจากมุมมองสามมิติตัวอย่างการออกแบบของระบบบนชิป (SOC) เป็นตัวอย่างเราไม่ได้ออกแบบส่วนประกอบทั้งหมดบนระนาบเวเฟอร์เดียวกันอีกต่อไป แต่แจกจ่ายให้อยู่ในระดับที่แตกต่างกัน (ชั้น)ระบบ.ดังที่แสดงในรูปด้านล่างแต่ละชั้นมีเลเยอร์ของทรานซิสเตอร์และเชื่อมต่อกันผ่านการเดินสายแบบหลายชั้นชั้นที่แตกต่างกันส่วนใหญ่เชื่อมต่อกันผ่าน Silicon Vias (TSV) และการกระจายเลเยอร์ (RDL)
วิธีการออกแบบนี้หมายความว่าสามารถผลิตชั้นต่าง ๆ ได้โดยใช้โหนดกระบวนการที่แตกต่างกันในขณะที่ทรานซิสเตอร์ในระดับเดียวกันจำเป็นต้องใช้กระบวนการเดียวกันนี่ไม่เพียง แต่เป็นการผสมผสานของการออกแบบวงจรแบบบูรณาการและการออกแบบบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง แต่ยังรวมถึงแนวคิดการออกแบบใหม่ความยากลำบากอยู่ในนวัตกรรมและการปรับตัวของเครื่องมือ EDA
2. ข้อกำหนดยุคใหม่สำหรับเครื่องมือ EDA
เครื่องมือออกแบบเลย์เอาต์ IC แบบดั้งเดิมทรานซิสเตอร์การออกแบบตัวต้านทานและตัวเก็บประจุบนพื้นผิวซิลิกอนและตระหนักถึงการเชื่อมต่อโครงข่ายผ่านการเดินสายแบบหลายชั้นอย่างไรก็ตามภายใต้แนวคิดการออกแบบใหม่เมื่อมีหลายชั้นเราจะต้องไม่เพียง แต่พิจารณาการเชื่อมต่อระหว่างสัญญาณและการเดินสายภายในชั้น แต่ยังเชื่อมต่อระหว่างชั้น
สิ่งนี้ต้องการเครื่องมือ EDA ที่จะมีความสามารถในการออกแบบเครือข่ายสามมิติและความสามารถในการออกแบบสายไฟรวมถึงความสามารถในการเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่ายหลายห้องกล่าวอีกนัยหนึ่งเครื่องมือนี้ควรจะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อเครือข่ายระหว่างเลย์เอาต์หลายรูปแบบในช่องว่างในเวลาเดียวกันเลย์เอาต์หลายรูปแบบสามารถมีอยู่ในรูปแบบของสแต็คเสมือนจริงในสภาพแวดล้อมการออกแบบเดียวกันหรือในสภาพแวดล้อมการออกแบบที่แตกต่างกัน แต่การทำงานร่วมกันของข้อมูลระหว่างพวกเขาจะต้องมีการประสานงานและจัดการอย่างสม่ำเสมอ
ขณะนี้ไม่มีเครื่องมือ EDA ในตลาดที่ตอบสนองความต้องการนี้อย่างเต็มที่ แต่เครื่องมือที่ใกล้เคียงกับความต้องการนี้ได้เกิดขึ้นในด้านการออกแบบบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเช่นเครื่องมือออกแบบบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงที่มีความหนาแน่นสูงนอกเหนือจากเครื่องมือออกแบบแล้วเครื่องมือการจำลองและการตรวจสอบ EDA จะต้องติดตามการพัฒนาขั้นแรกเครื่องมือจำลองและการตรวจสอบจะต้องสามารถแยกวิเคราะห์แบบจำลองข้อมูลที่ซับซ้อนได้อย่างถูกต้องประการที่สองเครื่องมือจำลองจำเป็นต้องใช้อัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อทำการจำลองและรับผลลัพธ์ที่แม่นยำในขณะที่เครื่องมือตรวจสอบจำเป็นต้องมั่นใจในความแม่นยำและความแม่นยำของข้อมูลจากการออกแบบไปจนถึงการผลิต
บทสรุป:
ในขณะที่สาขาการออกแบบวงจรแบบบูรณาการยังคงพัฒนาและเปลี่ยนแปลงเราจะต้องเผชิญกับความเป็นไปได้และความท้าทายที่ไม่ จำกัดแนวคิดการออกแบบวงจรแบบบูรณาการจากมุมมองสามมิติที่เสนอในบทความนี้ไม่เพียง แต่เป็นความท้าทายสำหรับวิธีการออกแบบแบบดั้งเดิม แต่ยังเป็นนวัตกรรมที่กล้าหาญสำหรับเทคโนโลยีที่มีอยู่มันเป็นการประกาศทิศทางในอนาคตของการออกแบบวงจรแบบบูรณาการและจะนำเราไปสู่ยุคใหม่ของการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพและซับซ้อนมากขึ้นแม้จะมีความท้าทายมากมาย แต่เรามีเหตุผลที่จะเชื่อว่าด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องและนวัตกรรมของเทคโนโลยีในวันนี้จะกลายเป็นความจริง