淺析3D IC生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作的重要性

3D IC 提供了一種實用的方法來保證全新水平的功率、性能、面積和功能。

隨著設(shè)計團隊繼續(xù)開發(fā)新一代變革性產(chǎn)品，對計算的需求依然強勁?，F(xiàn)代工作負載將封裝技術(shù)帶到了創(chuàng)新的前沿，并在產(chǎn)品性能、功能和成本方面突破了硅產(chǎn)品設(shè)計的界限。不久前，封裝技術(shù)還被認為是不方便的后端流程。但時代變了，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算和自動駕駛汽車的不斷進步推動了前所未有的計算極限（以及對封裝技術(shù)的需求）。

這種計算演進導(dǎo)致了芯片的縮小和多芯片架構(gòu)的出現(xiàn)，為 3D 硅堆疊和先進封裝創(chuàng)新創(chuàng)造了前景廣闊的前景，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。3D IC 提供了一種實用的方法來保證全新水平的功率、性能、面積和功能。

然而，正確的封裝選擇取決于許多因素，設(shè)計師需要幫助在無數(shù)可用的選項和方法中找到最佳路徑。為了加快未來 3D IC 的采用和生產(chǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)需要一個精簡的協(xié)作生態(tài)系統(tǒng)，以在系統(tǒng)級提供一流的優(yōu)化。

仔細觀察 3D 堆疊

傳統(tǒng)上，半導(dǎo)體行業(yè)的主要參與者，如EDA、IP、基板、內(nèi)存和測試供應(yīng)商將專注于專業(yè)知識的支柱——而不會深入了解他們的工作如何影響芯片的整體集成和兼容性。這意味著團隊不僅需要在前端使用不同的工具，還需要一個聯(lián)合的產(chǎn)品路線圖和所有相關(guān)方之間定義明確的溝通渠道。這種基本的前端和后端低效率增加了設(shè)計的復(fù)雜性，需要參與者之間進行更多協(xié)作以減少后期集成，提高生產(chǎn)力水平并加強系統(tǒng)產(chǎn)品創(chuàng)新。

就堆疊本身而言，將多層晶體管封裝在不同尺寸的芯片上需要極高的精度。與過去不同的是，當團隊可以在系統(tǒng)測試階段拆焊印刷電路板上的故障芯片并用新芯片替換它（即使是堆疊的）時，團隊無法訪問組裝在 3D IC 結(jié)構(gòu)中的芯片。萬一出現(xiàn)錯誤，就需要將成品放棄開始重建。

假設(shè)一家代工廠向其客戶發(fā)布了新的設(shè)計更新。當客戶收到更新并將其發(fā)布給其 IP 供應(yīng)商時，已經(jīng)浪費了有意義的時間?；鹕蠞灿偷氖牵鄳?yīng)的IP準備就緒大約需要六個月到一年的時間。在此過程中，如果相應(yīng)的 EDA 供應(yīng)商不知道代工廠的最新設(shè)計規(guī)則，則 EDA 工具最終對最新的設(shè)計更新無效——這對所有相關(guān)人員來說都是一個困難的局面。

EDA 工具依賴于互操作性，需要具有完整的端到端工具才能實現(xiàn)有效的 3D 多芯片系統(tǒng)集成。雖然這可能相對容易迎合單芯片設(shè)計，但在 3D IC 架構(gòu)中相互堆疊的芯片之間的交互以及 EDA 工具識別芯片是否為 3D 堆疊都不是那么簡單。

加速設(shè)計成功

利用先進的封裝技術(shù)實現(xiàn)異構(gòu)芯片集成已成為許多應(yīng)用的明顯趨勢。隨著不同行業(yè)計算密集型應(yīng)用的持續(xù)增長，3D IC 正在推動 HPC、汽車、物聯(lián)網(wǎng)和移動用例的創(chuàng)新。

特定領(lǐng)域的小芯片為行業(yè)提供了難以置信的價值，盡管它們需要先進的封裝讓團隊有足夠的選擇來將晶圓堆疊在晶圓上或芯片堆疊在晶圓上以獲得更高的密度、更多的功能和更好的性能——同時保持相同或更小的占地面積。

這個機會拓寬了行業(yè)發(fā)展的可能性，同時應(yīng)對日益增加的芯片復(fù)雜性和設(shè)計尺寸。無論供應(yīng)商是否改變其商業(yè)模式，具有多層、多種芯片尺寸和多種功能的小芯片的集成和封裝對于釋放具有高計算能力和小尺寸的最終設(shè)計靈活性至關(guān)重要。

作為 3D 硅堆疊和先進封裝技術(shù)的綜合系列，TSMC 3DFabric 補充了公司的先進半導(dǎo)體技術(shù)，以釋放系統(tǒng)級創(chuàng)新。臺積電的前端技術(shù)或 TSMC-SoIC（集成芯片系統(tǒng)）提供當今 3D 硅堆疊要求所需的精度和方法。為此，臺積電客戶在解決計算障礙方面有著獨特的見解。

AMD 是 3D 硅堆疊的先驅(qū)，它就是這樣的客戶之一，它從巨大的性能改進中受益。該公司通過與臺積電及其開放式創(chuàng)新平臺 (OIP) 合作伙伴合作，率先推出了全球首款基于臺積電 SoIC 的 CPU，為下一代高性能、高能效芯片加速了強大的小芯片堆疊生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)。

轉(zhuǎn)變協(xié)作

沒有任何客戶或合作伙伴可以單槍匹馬地實現(xiàn)所需規(guī)模的系統(tǒng)級創(chuàng)新。生態(tài)系統(tǒng)（EDA、IP、DCA/VCA、內(nèi)存、OSAT、基板和測試）中所有芯片公司、設(shè)計合作伙伴和代工廠之間的有效協(xié)作對于開啟系統(tǒng)集成和產(chǎn)品創(chuàng)新的下一步至關(guān)重要。

臺積電認識到加速 3D IC 生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)新和簡化執(zhí)行的必要性，于 2022 年 10 月推出了臺積電 3DFabric 聯(lián)盟，作為現(xiàn)有臺積電 OIP 的一部分?？蛻艉驮O(shè)計公司現(xiàn)在可以訪問該平臺，以協(xié)作開發(fā)一流的 3D IC 解決方案，并通過更清晰的產(chǎn)品路線圖在第一時間獲得正確的設(shè)計。

與設(shè)計更大的單片芯片相比，這使更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)能夠開發(fā)質(zhì)量更好的 3D IC 系統(tǒng)設(shè)計并實現(xiàn)更快的上市時間——最終大大加速 3D IC 客戶采用和生態(tài)系統(tǒng)準備就緒。

隨著工作負載的發(fā)展，封裝技術(shù)和半導(dǎo)體的共同進步非常重要。這種協(xié)作計劃的誕生為一個新的、可行的時代奠定了基礎(chǔ)，這個時代可以處理復(fù)雜的工藝節(jié)點，并為各種應(yīng)用和領(lǐng)域提供先進的 3D IC 設(shè)計解決方案。

展望未來，臺積電希望看到公司從只專注于設(shè)計芯片轉(zhuǎn)變?yōu)閲@系統(tǒng)級集成實施全面、全面的方法，以實現(xiàn)新水平的產(chǎn)品創(chuàng)新。與此同時，我們將繼續(xù)盡一切努力為行業(yè)打開新的大門，在這個充滿希望的空間繼續(xù)創(chuàng)新。

審核編輯：劉清