紫光國芯在復(fù)雜SoC設(shè)計開發(fā)中的策略與經(jīng)驗

對于芯片設(shè)計公司而言，成功研發(fā)并推出一顆采用在性能、面積、功耗方面具有競爭力的芯片，面臨著多重挑戰(zhàn)。不但需要建立安全可靠的先進工藝流片生產(chǎn)供應(yīng)鏈，也要解決伴隨工藝節(jié)點的持續(xù)演進，其設(shè)計實現(xiàn)難度增加所帶來的挑戰(zhàn)。

特別是隨著AI領(lǐng)域的快速發(fā)展，如今復(fù)雜SoC芯片，功能越來越強大，也基本都擁有“先進工藝節(jié)點、芯片面積較大、三維集成技術(shù)”中的全部或者部分特點。如何在先進工藝下提升復(fù)雜SoC的PPA，已成為業(yè)界廣泛熱議的話題。

紫光國芯復(fù)雜SoC開發(fā)一站式服務(wù)

在2024年ICCAD的IP與IC設(shè)計服務(wù)專題論壇上，紫光國芯副總裁王成偉特別分享了在先進工藝節(jié)點下，紫光國芯在復(fù)雜SoC設(shè)計開發(fā)中的策略與經(jīng)驗。

先進工藝節(jié)點的挑戰(zhàn)

在論壇演講中，王成偉首先深入探討了先進工藝節(jié)點給數(shù)字后端設(shè)計、可測性設(shè)計和模擬設(shè)計等領(lǐng)域所帶來的挑戰(zhàn)，并詳細(xì)闡述了相關(guān)應(yīng)對策略，例如：

數(shù)字后端在先進工藝下如何兼顧PPA與良率，解決時序收斂與布局布線的挑戰(zhàn)。

DFT傳統(tǒng)模型難以滿足產(chǎn)品低DPPM要求的挑戰(zhàn)。

模擬電路設(shè)計中更復(fù)雜物理效應(yīng)的應(yīng)對策略，更寬工藝角的全面仿真，更復(fù)雜寄生參數(shù)的提取和可靠性驗證等挑戰(zhàn)。

大面積復(fù)雜SoC的實現(xiàn)

針對大面積、超大規(guī)模的復(fù)雜SoC，紫光國芯面對片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化、單芯片晶體管密度提升和功耗密度提升等實際挑戰(zhàn)，從布局布線、高頻時序收斂、提升迭代時間等關(guān)鍵方面，結(jié)合自身經(jīng)驗形成了一套整體的先進工藝芯片實現(xiàn)方案。具體包括如下：

·解決大規(guī)模芯片的片上網(wǎng)絡(luò)（NOC）的結(jié)構(gòu)在后端的時序、繞通性難點。

·針對大面積芯片中不同網(wǎng)絡(luò)類型的多模態(tài)時鐘樹實施策略。

· 針對先進工藝大規(guī)模芯片晶體管數(shù)量的劇增，所需的布局布線、物理驗證、時序驗證各個階段的迭代加速方法學(xué)。

三維堆疊技術(shù)的運用

除設(shè)計方法學(xué)外，近年來采用一些其他不同于傳統(tǒng)芯片的結(jié)構(gòu)，來達(dá)到或超過同等先進工藝芯片性能的方案，也被越來越多的采用。目前，主流的先進工藝下新的技術(shù)架構(gòu)除了Chiplet、2.5D/3D封裝等形式外，異構(gòu)集成也迅速發(fā)展成一種新的路線選擇，該技術(shù)可以將不同功能的芯片或模塊通過先進制造或封裝技術(shù)集成在一起，實現(xiàn)功能的多樣化和優(yōu)化，例如紫光國芯推出的三維堆疊DRAM（SeDRAM ^?^ ）技術(shù)方案，將3D堆疊的DRAM與Logic芯片進行異質(zhì)集成，可提供超大帶寬與超低功耗，有效解決大算力芯片遇到的存儲墻等問題。

異質(zhì)集成芯片不同于傳統(tǒng)芯片，在實現(xiàn)時會遇到SoC設(shè)計架構(gòu)和后端物理設(shè)計新的挑戰(zhàn)。如芯片架構(gòu)的調(diào)整、多芯片堆疊的功耗及熱仿真、對異質(zhì)堆疊芯片供電可靠性和時序完整性的聯(lián)合驗證等。紫光國芯在這些技術(shù)領(lǐng)域積累了深厚的經(jīng)驗，多款搭載該技術(shù)的SoC芯片產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn)。

在如今市場競爭和工藝演進的背景下，IC設(shè)計企業(yè)正面臨工藝制程節(jié)點持續(xù)微縮的挑戰(zhàn)。王成偉在演講中表示，“在面對工藝制程的挑戰(zhàn)和市場需求的快速變化時，構(gòu)建一個能夠迅速解決工藝設(shè)計開發(fā)難點和適配客戶需求的完整芯片設(shè)計開發(fā)體系至關(guān)重要。紫光國芯憑借其整體化的先進芯片實現(xiàn)方案和豐富的低功耗、大規(guī)模芯片實現(xiàn)經(jīng)驗，靈活的商業(yè)模式，以及在異質(zhì)堆疊芯片設(shè)計領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢，已成功幫助客戶完成數(shù)十款復(fù)雜芯片的項目交付，其中包括先進工藝芯片、超大規(guī)模芯片和異質(zhì)集成芯片。”

在2024 ICCAD展會現(xiàn)場，紫光國芯全面展示了包括全流程一站式設(shè)計服務(wù)在內(nèi)的前沿技術(shù)方案和創(chuàng)新應(yīng)用成果。目前，紫光國芯設(shè)計服務(wù)團隊已服務(wù)近百家家海內(nèi)外客戶，交付了包含先進工藝項目、異質(zhì)集成項目和超大規(guī)模SoC項目在內(nèi)的數(shù)百項服務(wù)成果，這些服務(wù)成果廣泛覆蓋基帶通訊、網(wǎng)絡(luò)處理、消費類、車規(guī)MCU、AR/VR、高帶寬存儲等多個關(guān)鍵領(lǐng)域，有效地幫助客戶從技術(shù)上解決先進工藝所帶來的挑戰(zhàn)。