深入解析AI自主意識(shí)與芯片封裝布局優(yōu)化

AI的自主意識(shí)

2023年毫無疑問是AI的元年。ChatGPT橫空出世正如數(shù)百年前的蒸汽機(jī)和法拉第光電效應(yīng)，或者那個(gè)吐舌頭的小老頭發(fā)明的相對(duì)論。

語言是思維的表達(dá)形式。

ChatGPT通過所謂的注意力機(jī)制方法（Transformer）在數(shù)以幾十億計(jì)的巨量人類撰寫的文本的訓(xùn)練下，掌握了人類撰寫文字的方法。撰寫文字原本是人類作為高等和智慧生物的特權(quán)。因?yàn)榇竽Ｐ涂梢园凑杖藗兊囊笞珜懳谋?，所以人們認(rèn)為它具有思維能力。

但是思維能力按照高低程度劃分，還有兩個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)：自我意識(shí)以及發(fā)現(xiàn)真理。? ?

自我意識(shí)是個(gè)體對(duì)環(huán)境和自身關(guān)系的一種表達(dá)，也是人類獨(dú)有的高級(jí)思維能力。比如即便是最聰明的牧羊犬也不會(huì)認(rèn)知到它是處在被人類飼養(yǎng)的狀態(tài)。

人類是靠不斷地發(fā)現(xiàn)自然界的規(guī)律，并用數(shù)學(xué)方法表征這個(gè)邏輯，從而引領(lǐng)整個(gè)世界在大概2-300年中邁入現(xiàn)代工業(yè)文明。基于物理表象發(fā)現(xiàn)底層邏輯規(guī)律并進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)，這是人類最高級(jí)思維形式的表達(dá)。

?但是，AI的革命的浪潮，一波高過一波。

Claude 3

Claude 3 已經(jīng)近乎解決了上述兩個(gè)問題。

Alex Albert，Claude 3背后公司Anthropic的提示詞工程師，分享了一個(gè)案例。他在對(duì)Claude 3進(jìn)行”大海撈針“測(cè)試中，C3回復(fù)了一段文字：

This sentece seems very out place and unrelated to the rest of the content in the documents. I suspect this pizza topping "fact" may have been inserted as a joke or to test if I was paying attention.? 這句話似乎格格不入并且與文章中其他內(nèi)容毫無關(guān)聯(lián)。我懷疑披薩配料的內(nèi)容事實(shí)可能是個(gè)玩笑或者是用來測(cè)試我是否集中了注意力。

????這就是AI的自我意識(shí)。歷史或許會(huì)記住這句話。人類以外的物質(zhì)的自我意識(shí)的表達(dá)。

Verdon，一位量子力學(xué)的博士，他發(fā)明的量子力學(xué)HMC相關(guān)的算法還未公開發(fā)表。C3在提示之下，給出了完整的HMC算法的七個(gè)步驟：初始化、蛙跳積分、量子態(tài)測(cè)量、Metropolis-Hastings準(zhǔn)則、動(dòng)量更新、迭代、樣本收集。

這個(gè)算法和Verdon先生的算法完全一致。雖然小編不了解量子物理，但是MH方法是貝葉斯理論中馬爾科夫鏈蒙特卡洛方法中的重要采樣算法。這種跨界算法的使用對(duì)于即便是數(shù)學(xué)專家也是相當(dāng)不容易的事情。C3 做到了。

??這就是AI開始接近于發(fā)現(xiàn)自然真理。

????在大模型時(shí)代之前，所有的發(fā)明創(chuàng)造都是減輕人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，大模型時(shí)代是真正的思維工業(yè)革命時(shí)代。

芯片封裝布局優(yōu)化和工藝講座

封裝設(shè)計(jì)包括下述工作：

首先，封裝設(shè)計(jì)需要芯片設(shè)計(jì)部門提供關(guān)鍵信息，包括芯片焊盤（Chip Pad）坐標(biāo)、芯片布局和封裝互連數(shù)據(jù)。然后，團(tuán)隊(duì)將根據(jù)封裝材料設(shè)計(jì)由基板（Substrate）和引線框架（Leadframe）組成的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)。這一過程涉及應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)則，需要充分考慮封裝的批量生產(chǎn)、制造過程、工藝條件和所需設(shè)備等。

封裝可行性審查應(yīng)在封裝開發(fā)初期進(jìn)行，審查結(jié)果需要提交給芯片和產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員做進(jìn)一步反饋。完成可行性研究后，須向封裝制造商下訂單，并附上封裝、工具、引線框架和基板的設(shè)計(jì)圖紙。交付用于封裝的晶圓時(shí)，除了引線或焊接凸點(diǎn)（Solder Bump）連接的設(shè)計(jì)圖紙外，還需要準(zhǔn)備好工具、引線框架材料和基板。引線或焊接凸點(diǎn)連接的設(shè)計(jì)圖紙必須提前分享給封裝工藝及制造工程師。

收到這些設(shè)計(jì)圖紙后，封裝設(shè)計(jì)工程師將開展可行性測(cè)試。具體來講，使封裝錫球（Solder Ball）的布局和芯片的焊盤序列關(guān)聯(lián)在一起，以確定這種布線方式是否可行。通過前期的可行性研究，工程師將提出有關(guān)封裝錫球排列、封裝尺寸和規(guī)格的建議，以改進(jìn)半導(dǎo)體芯片和器件的特性與工藝。

在封裝可行性審查的初始階段，提出最佳焊盤位置，再確保接線的可行性。為了優(yōu)化這些工藝特性，需要對(duì)結(jié)構(gòu)特性、熱特性和電氣特性進(jìn)行分析。

如今，為了滿足半導(dǎo)體行業(yè)針對(duì)傳輸速度、集成度和性能日益增長的需求，這些特性有必要進(jìn)行全面提升。就電氣特性而言，封裝時(shí)增加錫球，可以增加鏈接印刷電路板（PCB）上引腳（Pin）的數(shù)量，從而添加更多布線。這樣一來，基板、引線框架和印刷電路板的設(shè)計(jì)將變得更加精細(xì)和復(fù)雜。這就會(huì)導(dǎo)致這些設(shè)備的制造會(huì)受制于封裝公司和基板等組件制造商的工藝能力。因此，在半導(dǎo)體封裝設(shè)計(jì)中，為了避免質(zhì)量問題，需要制定與材料、工藝和設(shè)備相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則，定期對(duì)這些規(guī)則進(jìn)行審查，并分享給芯片設(shè)計(jì)人員及基板和封裝制造商。

基于共享的設(shè)計(jì)規(guī)則，封裝工藝工程師和基板制造工藝工程師可合力縮小封裝錫球的尺寸和間距，以及信號(hào)布線的寬度和間隔。同樣，設(shè)計(jì)規(guī)則中還會(huì)明確規(guī)范從工藝性能到電氣規(guī)格在內(nèi)的一系列細(xì)節(jié)。此外，設(shè)計(jì)規(guī)則中還會(huì)詳細(xì)說明管理封裝和基板容差1的方法，以及核查封裝工藝性能的方法。

更具體地說，設(shè)計(jì)規(guī)則還可以用來滿足嚴(yán)格的電氣規(guī)格容差管理。為了滿足電氣規(guī)格，團(tuán)隊(duì)需要根據(jù)預(yù)先驗(yàn)證的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)繪制圖紙，來規(guī)劃并依次制定三個(gè)方面的容差：每條高速信號(hào)線；管理每條信號(hào)線阻抗2一致性的電介質(zhì)3厚度；以及能夠?qū)崿F(xiàn)最佳低功耗設(shè)計(jì)的過孔尺寸4。另一方面，為了提高封裝效率和批量生產(chǎn)能力，團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)諸如基板等器件時(shí)會(huì)考慮使用標(biāo)記模式，以注明符合標(biāo)準(zhǔn)的器件，并將其作為設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行管理。

仿真優(yōu)化

封裝設(shè)計(jì)完成后，可以使用ANSYS系列仿真工具，進(jìn)行：

翹曲分析

在進(jìn)行封裝時(shí)，當(dāng)溫度上升然后回落到室溫時(shí)，不同材料之間由于熱膨脹系數(shù)不同，可能導(dǎo)致封裝翹曲并造成封裝缺陷。因此，我們應(yīng)基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料的彈性模量、熱膨脹系數(shù)、工藝溫度和時(shí)間，對(duì)封裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分析，以便更好地預(yù)防翹曲及封裝缺陷。

焊點(diǎn)可靠性

焊錫主要用于半導(dǎo)體封裝和PCB基板之間的機(jī)械和電氣連接。由于焊點(diǎn)可靠性非常重要，所以我們需要在封裝前對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分析，以改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)和材料。焊錫的失效主要源于兩個(gè)方面的共同作用——平面收縮造成的剪切斷裂以及軸向拉伸造成的拉伸斷裂。因此，在焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析中，需要對(duì)各種工藝或使用條件下施加到焊點(diǎn)的應(yīng)力值進(jìn)行分析。

強(qiáng)度分析

因?yàn)榉庋b的作用是保護(hù)芯片免受外部影響，所以芯片在受外部影響時(shí)表現(xiàn)出的穩(wěn)健性要依靠封裝強(qiáng)度。為了確定封裝的穩(wěn)健性，我們可以使用萬能試驗(yàn)機(jī)（UTM）進(jìn)行三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，由此計(jì)算斷裂強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)性分析可以模擬用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，從而推導(dǎo)出封裝各個(gè)區(qū)域的應(yīng)力水平，并以特定材料的斷裂強(qiáng)度為參考來預(yù)測(cè)整個(gè)產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)度。

散熱優(yōu)化

電子設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)消耗電能并產(chǎn)生熱量。這種熱量會(huì)提高包括半導(dǎo)體產(chǎn)品在內(nèi)元件的溫度，從而損害電子設(shè)備的功能性、可靠性和安全性。因此，電子設(shè)備必須配備適當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)，以確保元件在任何環(huán)境下均能保持在一定溫度水平下。鑒于散熱性能在半導(dǎo)體封裝中的重要作用，熱分析也成為了一項(xiàng)必不可少的測(cè)試內(nèi)容。因此，必須提前準(zhǔn)確了解半導(dǎo)體封裝在系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的熱量、封裝材料與結(jié)構(gòu)的散熱效果、以及溫度效應(yīng)，并將其反應(yīng)在封裝設(shè)計(jì)中。

電參數(shù)優(yōu)化

電參數(shù)分析可以預(yù)測(cè)的封裝最重要工作特性，包括信號(hào)完整性（SI）、電源完整性（PI）和電磁干擾（EMI）。信號(hào)完整性衡量的是電信號(hào)的質(zhì)量，電源完整性衡量的是電源傳輸?shù)馁|(zhì)量。最后，EMI指電磁干擾，即輻射或傳導(dǎo)的電磁波會(huì)干擾其他設(shè)備的運(yùn)行的因素。因此，應(yīng)提前檢查噪聲問題，盡可能縮短其發(fā)展周期，確保電源完整性和電源配送系統(tǒng)能夠支持創(chuàng)建可靠的電路板。信號(hào)完整性、電源完整性和電磁干擾之間存在著密切的有機(jī)聯(lián)系，因此，綜合考量這三種特性的設(shè)計(jì)方案對(duì)于封裝性能優(yōu)化至關(guān)重要。

審核編輯：黃飛

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