硅芯科技堆叠EDA工具,开启中国芯片"叠维突破"

芯榜 2025-08-01 13:59
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摩尔定律放缓后,先进制程对芯片性能提升的边际收益显著下降,先进封装尤其是 Chiplet 技术成为提升芯片性能的重要途径。

在2025中国集成电路设计创新大会暨IC应用生态展(ICDIA 2025),硅芯科技创始人赵毅博士接受芯榜采访时表示,在先进封装成为行业热门趋势的当下,国内外众多头部厂商纷纷加速布局先进封装领域。然而,与这一热潮形成鲜明对比的是,国内能够与之匹配的先进封装 EDA 工具长期处于稀缺状态,成为制约产业发展的关键短板。

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在此背景下,硅芯自研的3Sheng Integration Platform 堆叠芯片 EDA 平台应势而出,创新构建“系统级架构设计、物理实现、Multi-die测试容错、分析仿真、多Chiplet验证”五大中心协同,涵盖先进封装设计所需环节的全流程工具,支持基于“芯粒-转接板-封装”一体化协同设计及“性能-成本-可测试性”协同优化体系。全流程工具链涵盖先进封装设计所有关键环节。精准填补了国内先进封装 EDA 工具的市场空白,为先进封装产业提供了强有力的工具支撑。


堆叠芯片 EDA 工具面临新挑战

硅芯科技创始人自 2008 年起便投身于2.5D/3D堆叠芯片设计方法研究,是世界最早期研究前沿芯片架构设计方法的研究团队之一,并在堆叠芯片EDA后端布局、布线、可测试、可靠性等方面均有世界领先成果。

传统2D芯片受限于二维集成电路,无法满足算力暴增的需求堆叠芯片(2.5D/3D IC)通过在垂直方向上堆叠多个芯粒(Chiplet)来提升性能芯片的规模和复杂度进一步剧增,传统的EDA工具难以应对这一系列挑战。


独创 Multi-die 测试容错技术

在 2D 芯片设计中,DFT测试未被足够重视,但在多芯片堆叠场景下,因一个小部件损坏而丢弃整个系统造成的成本将难以承受,因此,堆叠芯片的 DFT 成为刚需。

赵毅博士表示,堆叠芯片面临诸多 2D 芯片未曾出现的新缺陷,如硅通孔缺陷、用于键合的微凸起缺陷等。这使得堆叠芯片的自动测试所解决的底层缺陷逻辑与 2D 芯片截然不同。尽管堆叠芯片与 2D 芯片的DFT(可测性设计)名称相同,但二者所对应的缺陷机制差异巨大。更重要的是,堆叠芯片的测试需在不同芯粒(Chiplet)上进行协同优化,进而对整个堆叠芯片系统进行测试,这与 2D 芯片的DFT在技术底层上存在本质区别。硅芯3Sheng EDA 独创 Multi-die 测试容错技术,以应对堆叠芯片互连超高复杂度挑战,确保Chiplet级测试及修复,从而提高可靠性与良率。


首创顶层架构设计理念

赵毅博士称,顶层架构设计规划工具是公司的一大特色,其核心聚焦于单芯片内部的模块划分和互连规划。

他进一步解释道,堆叠芯片设计需解决多芯片拆分、系统级协同优化(STCO)等核心问题。在架构设计阶段就必须规划多芯片互连方式、数据流分布、I/O接口及电源地信号分布等。作为堆叠芯片设计的首要环节,架构设计的优劣直接决定了后续设计的成败。因此,2.5D/3D顶层架构设计规划工具必须具备高度的灵活性和可扩展性。

其次,先进封装设计里最棘手的问题就是“翘曲”。由于芯片层层堆叠,受热不均易导致热应力失衡,进而引发芯片弯曲甚至开裂。但仿真只能发现问题,却无法从根本上解决问题。

赵毅博士指出,解决翘曲的关键在于:把“热应力”当成设计约束,提前在顶层架构里消化掉。

芯片工程师在做 Floorplan 时,手上已掌握两项关键数据: 每个 Chiplet 的功耗分布(Power Discrete)与每条 I/O 的电流大小 。

赵毅博士解释,既然知道功耗和电流,芯片工程师就能够预判哪里会出热点,无需等仿真显示“这里会翘”,而是直接在摆放和 I/O 排布阶段就主动避开这些潜在热点,通过高功耗区、大电流区均匀打散,把热量先分布得“平”一点。 这一步做完,即便后续仍存在翘曲,幅度也已经小了一大截——翘曲的根被设计本身“削”掉了。

但这种方法并非一劳永逸,当翘曲问题较为严重时,DFT 将发挥作用,可解决大部分冗余问题。


为何要发展堆叠芯片先进封装技术?

鉴于走尖端制程(受限“卡脖子”)和扩大芯片面积(良率骤降)这两条路都面临困境,此时有人提出将成本较低、尺寸较小的芯片进行堆叠的方法。小芯片叠加不仅能显著降低成本,更能实现“叠加数量越多,性能越强”的正向增益。这一技术对于中国更具有战略意义:由于先进制程获取受限,可通过成熟制程芯片的堆叠组合,实现对先进制程芯片的性能的赶超。因此,发展先进封装(堆叠芯片)技术,成为国内芯片产业突破瓶颈的必然选择。

从产业现状来看,先进封装领域发展势头迅猛,众多传统封装厂加速向先进封装转型,同时还有不少新兴企业崛起,制造端发展态势良好。

但与之形成鲜明对比的是,与堆叠芯片配套的 EDA 却十分稀缺。作为连接芯片设计端与制造封测端的核心桥梁,EDA 工具的作用至关重要。芯片设计后端流程包含多个环节,如布局布线、仿真、测试验证等核心环节,每个环节的工具针对 2.5D、3D 堆叠芯片场景,算法几乎都要重构(相较于2D芯片),这成为制约堆叠芯片落地的关键短板,也让EDA这座“桥梁”的搭建更显迫切。

目前,硅芯科技的3Sheng EDA 工具及解决方案已完成头部芯片设计企业、先进封装厂、科研机构以及高等院校的验证,落地国内首批堆叠芯片案例,覆盖多种异质异构混合场景,助力客户完成2D转向2.5D/3D芯片设计。硅芯以2.5D/3D全流程EDA工具链协同先进封装工艺制造异质异构混合堆叠设计打通先进封装产业闭环路径。



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