50%新型HPC采用多芯片設計

一直以來(lái)，芯片制造商都是通過(guò)轉向更小的工藝節點(diǎn)來(lái)實(shí)現功耗/性能、功能、外形尺寸和成本目標。然而，因為需要不斷提高處理能力，導致 SoC 的尺寸變得極大——無(wú)法在保證合理良率的前提下制造這些產(chǎn)品。這代表市場(chǎng)正式進(jìn)入了無(wú)法僅憑轉移到高級節點(diǎn)便可滿(mǎn)足目標的階段。

隨著(zhù)裸晶尺寸接近制造設備的極限點(diǎn)位，將滿(mǎn)足計算密集型應用所需的所有邏輯、IO 和內存全部封裝到一塊物理芯片上變得不再經(jīng)濟實(shí)惠。因此，芯片設計人員將芯片設計拆分為多個(gè)尺寸更小、更容易制造、良率也更高的裸晶。

簡(jiǎn)而言之，多裸晶設計是將大型設計拆分為多個(gè)通常被稱(chēng)為芯?；蚓男〕叽缏憔?，并將其集成到單個(gè)封裝中，以獲得預期的功耗和外形尺寸目標。單片設計是將所有的功能封裝到一個(gè)硅片上，而多裸晶方法則能夠提供產(chǎn)品模塊化和靈活性，允許通過(guò)混合封裝不同的裸晶來(lái)滿(mǎn)足不同的細分市場(chǎng)或需求。

例如，面向低端、中端和高端等各級細分市場(chǎng)的終端產(chǎn)品均可受益于多裸晶方法。多裸晶設計在混用工藝節點(diǎn)方面也具有靈活性。例如，著(zhù)重計算功能的處理器可位于高級節點(diǎn)上，而著(zhù)重 IO 功能的處理器則可位于傳統節點(diǎn)上，從而確保二者都能最高效地利用技術(shù)節點(diǎn)。

多裸晶設計架構可以采用不同的格式。裸晶可以并排放置，并通過(guò)專(zhuān)用 die-to-die 接口相連接，這是一種普遍且成本較低的方法。如想獲得更高的密度，可以將這些組塊封裝在 2.5D 或 3D 設計中。集成了的 GPU 和高帶寬內存 (HBM)2.5D 設計在中介層中封裝了 4 到 12 個(gè)大型 HBM，是這十年來(lái)的人工智能的主力軍。隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步，2.5D 設計目前正在設法進(jìn)軍 5G 基礎設施、數據中心和大型網(wǎng)絡(luò )系統等新終端市場(chǎng)。

到目前為止，多芯片技術(shù)、工具、流程和 IP 已經(jīng)迅速成熟。工程專(zhuān)業(yè)知識不斷發(fā)展。代工廠(chǎng)產(chǎn)能不斷擴大?？紤]到這一點(diǎn)，研究機構預測 2025 年 50% 的新 HPC 芯片設計將采用 2.5D 或 3D 多芯片。

代工廠(chǎng)正在為 2.5D 和 3D 多芯片設計浪潮做準備

將 2.5D 和 3D 多芯片設計推向市場(chǎng)需要的不僅僅是研發(fā)，還需要高帶寬、低延遲互連 (3DIO)、具有足夠產(chǎn)能的先進(jìn)制造工藝以及精密的設計工具和 IP。

UCIe（通用芯片互連標準）等開(kāi)放行業(yè)標準日趨成熟，有助于簡(jiǎn)化和加強異構芯片之間的連接，同時(shí)降低風(fēng)險并縮短設計周期。UCIe 在 HPC、AI、數據中心和邊緣應用中的采用日益廣泛，推動(dòng)了對 2.5D 和 3D 多芯片設計的巨大需求。

除了先進(jìn)互連技術(shù)的成熟和普及之外，代工廠(chǎng)還在為即將到來(lái)的 2.5D 和 3D 多芯片設計浪潮做準備。這包括提供更密集凸塊和更高性能的新制造工藝。附加封裝、中介層和集成選項提供了成本和架構靈活性。而擴大生產(chǎn)能力意味著(zhù)可以將更多設計和原型推向市場(chǎng)。

先進(jìn)的多芯片設計工具和 IP

如果沒(méi)有最先進(jìn)的設計解決方案，就不可能開(kāi)發(fā)這些尖端芯片。Synopsys 全面且可擴展的多芯片解決方案（包括設計自動(dòng)化工具和 IP）可實(shí)現：

早期架構探索。

快速軟件開(kāi)發(fā)和系統驗證。

高效的芯片/封裝協(xié)同設計。

強大的芯片間和芯片間連接。

改進(jìn)制造工藝和可靠性。

具體來(lái)說(shuō)，如今的 3DIC Compiler 是一個(gè)統一的探索到簽核平臺，適用于 2.5D 和 3D 多芯片設計。它已獲得所有主要代工廠(chǎng)的認證，支持可行性探索、多芯片分區以及用于原型設計和布局規劃的代工廠(chǎng)技術(shù)選擇。這支持分析驅動(dòng)的設計實(shí)施（包括高級封裝和芯片到芯片布線(xiàn)）和黃金簽核驗證。

3DIC Compiler 還與 AI 驅動(dòng)系統分析和優(yōu)化解決方案 3DSO.ai 集成 。集成解決方案有助于最大限度地提高系統性能和熱完整性、信號完整性和電源網(wǎng)絡(luò )設計的結果質(zhì)量。

Synopsys 提供最高性能、最低延遲、最低功耗和最小面積的 die-to-die IP 解決方案，包括 UCIe 和專(zhuān)有控制器、物理層設備 (PHY) 和驗證 IP?；?UCIe 的 IP 符合最新的 UCIe 規范，專(zhuān)有 die-to-die IP 可提供 40Gbps 性能、最大 die-edge 和功率效率、低延遲以及對標準和先進(jìn)封裝技術(shù)的支持。

其 2.5D 和 3D 多芯片解決方案已幫助多個(gè)代工工藝實(shí)現了多項硅片成功?？蛻?hù)采用率和代工廠(chǎng)產(chǎn)能持續提升。3DIO 標準也日趨成熟。

出于這些原因以及其他原因，可以相信到 2025 年，至少一半的新 HPC 芯片設計將采用 2.5D 或 3D 多芯片設計。