如何輕松搞定高性能Multi-Die系統？

2D芯片設計中通常為二階或三階的效應，在Multi-Die系統中升級為主要效應?？紤]到此類復雜架構中存在許多相互依賴關系，上述現象并不奇怪。例如，一個裸片的散熱可能會影響其旁邊組件乃至整個系統的性能。此外，由于散熱變得更加困難，3D設計中的熱和功率傳輸問題會更加嚴重。類似地，來自一個小芯片的信號完整性問題（串擾和電磁干擾等）可能會影響整個系統。諸如此類的大量多物理場效應會妨礙Multi-Die系統的性能。

從單片式SoC轉變到Multi-Die系統，需要考慮許多新的因素。在Multi-Die這個新領域，開發者無法將封裝或單個裸片在整個系統中分開看待。為了獲得理想的系統并加速流程收斂，從技術到裸片和封裝，都必須著眼于整個系統，而且要在緊密集成的多目標分析的指導下進行協同優化。我們將這種密切配合的方法稱為系統技術協同優化（STCO）。

STCO最好從構思系統之初就開始進行。從可行性研究和架構規劃，到實現和簽核，將多物理場效應考慮在內的裸片/封裝全面協同設計方法對于設計成功至關重要。我們將在下文中進一步介紹協同設計和協同優化的重要性。

多個裸片的集成會形成相互依賴關系

為了滿足高性能計算（HPC）和人工智能（AI）等工作負載密集型應用對性能、功耗和面積（PPA）的要求，市場對Multi-Die系統的需求日益增長。Multi-Die系統在單個封裝中集成了多個包含不同類型電路的裸片，這是一種加速系統功能擴展的有效方法。有了關鍵性能指標（KPI），開發者就可以相應地規劃具體的系統和組件。

單片式SoC中雖然也存在多物理場效應，但通?？梢灶A先建模和分析，并通過設計調整來解決。而對于Multi-Die系統，這些效應不加以解決的話，會對整個系統造成更大的損害。

例如：

由于眾多裸片通過Die-to-Die接口相互通信，系統變得更容易受到電磁干擾（EMI）和串擾等信號完整性問題的影響

散熱問題上升為最主要的問題，因為系統中的所有裸片以及它們之間的互連都可能會積聚熱量，從而影響系統的性能和/或時序

系統配電網絡一方面要減輕EMI等影響，另一方面要提供整個芯片系統所需的電力，因此其魯棒性至關重要

芯片制造、組裝和封裝產生的機械應力會影響系統的電氣性能

系統各個裸片的工藝變化會影響系統性能

為了解決這些效應和影響，開發者必須在Multi-Die系統的背景下進行系統分析，檢查所有物理方面和相互作用，以驗證和優化系統。從電氣和熱效應到結構力學，多種屬性必須一起進行仿真，以識別系統層面的電源和信號完整性影響。為此，需要用到統一的STCO解決方案，以提供全面的設計收斂，使每立方毫米的PPA達到最優水平。

盡早了解設計權衡

STCO開始于開發者設計規劃架構之初。在團隊確定系統的組件以及應當如何對所有組件進行分區時，團隊需要能夠進行假設分析以了解設計權衡。當轉向實現時，架構的粒度越細，設計收斂到簽核的過程就越順利。在早期設計階段，可獲得的信息有限；但是，系統原型設計有助于回答以下幾個問題：需要多少個裸片？裸片應該如何堆疊？系統中新舊節點混用有哪些利弊？配電網絡應該如何設計？可能會出現什么樣的散熱問題？當團隊得到一個滿足要求的架構時，便可從可行性研究中獲取輸出，并轉入系統規劃和原型構建。

新思科技Multi-Die系統解決方案為實現快速的2.5D和3D異構集成提供了一個綜合平臺以支持STCO方法，幫助回答上述的假設分析問題。該解決方案通過以下兩個關鍵組成部分解決多物理場效應：

新思科技3DIC Compiler Multi-Die/封裝協同設計和協同優化平臺，提供建模功能和相關數據點，可指導開發系統版圖規劃以實現目標PPA。3DIC Compiler基于新思科技數字設計系列的Fusion標準單數據模型構建，提供一個完整的架構到簽核平臺。

設計分析和簽核技術，解決靜態時序、信號完整性、電源完整性、散熱、寄生效應和電遷移/IR壓降問題。3DIC Compiler和新思科技簽核解決方案與Ansys RedHawk-SC電熱多物理場技術相集成，為2.5D/3D Multi-Die系統提供多物理場電源完整性、信號完整性、熱完整性和機械應力仿真與分析。

由于Multi-Die系統解決方案的各組成部分緊密集成，開發者可以及早發現并解決問題，實現更高的良率。不同的工具可以用于各個方面的分析，但如果這些工具銜接得不好，就可能會錯過重要的“危險信號”，導致開發者可能不得不在接近流片時才發現問題，此時再解決問題所花費的成本要高得多。新思科技不斷評估新出現的Multi-Die系統效應，并相應地增強旗下的解決方案。

總結

在Multi-Die系統中，開發者必須從系統的角度解決多物理場效應，設計和優化過程要考慮所有相互依賴關系。通過運用系統技術協同優化方法，并結合集成的可擴展協同設計、分析和簽核解決方案，開發者將能夠更高效地實現Multi-Die系統的PPA目標。

審核編輯：劉清