中科院微電子所在Chiplet熱仿真工具研究方面取得新進(jìn)展

據中國科學(xué)院微電子研究所官微消息，針對高密度集成帶來(lái)的功耗顯著(zhù)增加、散熱困難等技術(shù)挑戰，微電子所EDA中心多物理場(chǎng)仿真課題組構建了芯粒集成三維網(wǎng)格型瞬態(tài)熱流仿真模型，能夠實(shí)現Chiplet集成芯片瞬態(tài)熱流的高效精確仿真，為芯粒異構集成溫度熱點(diǎn)檢測和溫感布局優(yōu)化奠定了核心技術(shù)基礎。同時(shí)，課題組在集成芯片電熱力多物理場(chǎng)仿真方面進(jìn)行布局，開(kāi)展了直流壓降、熱應力和晶圓翹曲仿真等研究工作。

圖1  各向異性熱仿真

圖2  電熱耦合仿真

近期，課題組在Chiplet熱仿真工具方面取得新進(jìn)展。通過(guò)對重布線(xiàn)層（RDL）、硅通孔（TSV）和凸點(diǎn)陣列進(jìn)行各向異性等效，構建了從GDS版圖到系統級封裝的跨尺度各向異性熱仿真模型，在提升仿真模型精度的同時(shí)優(yōu)化了集成芯片溫度熱點(diǎn)檢測方法。同時(shí)，構建了芯粒異構集成電熱耦合仿真模型，支持復雜互連結構物性參數等效，實(shí)現了電熱雙向耦合高效計算，可準確描述集成芯片焦耳熱效應下的溫度變化行為。

圖3 熱仿真模擬器

此外，基于以上模型和算法研究進(jìn)展，將熱仿真方法拓展至更大尺度，自主研發(fā)了晶圓級熱仿真模擬器。該模擬器能夠為芯粒異構集成芯片提供更大尺度的熱仿真分析，同時(shí)支持散熱器流體動(dòng)力學(xué)模型設計，仿真結果更接近實(shí)際應用場(chǎng)景的潛在溫度熱點(diǎn)預測，有助于優(yōu)化熱設計仿真流程。與有限元方法相比，模擬器單元數量減少了2.78倍，運行時(shí)間減少了25.9倍，相對誤差為0.38%。目前，課題組與國內知名企業(yè)開(kāi)展了熱仿真關(guān)鍵技術(shù)合作，相關(guān)模型和算法正在進(jìn)行應用驗證。