本文原刊登于semi.org：《For Moore’s Law to Live, SoCs Must Die》

作者：John Lee

二十一世紀以來，片上系統（System-on-Chip, 簡稱SoC）一直被視為是優化完整電子系統性能和成本的黃金標準。通過將幾乎所有的手機數字和模擬功能整合到同一塊巨大的芯片上，手機處理器堪稱近乎完美的SoC典范。但是，目前行業領先的集成電路（IC）正在突破芯片尺寸的上限，而芯片尺寸卻受限于制造設備的光掩模尺寸。事實證明，這一技術很難改善，而且多年來發展速度緩慢。然而來自市場的壓力有增無減，用戶需要具有更大集成內存、更強數字邏輯和更多模擬/混合信號電路的更大尺寸、更強功能的電子系統。

為應對這種壓力，3D和2.5D多裸片芯片裝配體（通常被稱為3D-IC）應運而生。3D-IC的關鍵技術突破在于，它可以利用高速、低功耗互連技術將系統擴展到多個緊密組裝在一起且互連的較小型芯片上。3D-IC無需在單個SoC上集成整個系統，而是將其分布到多個芯片上。它不僅能夠使摩爾定律突破光掩模尺寸的障礙，而且通過縮小單個芯片的尺寸來提高產量，同時還能加入針對各功能進行優化的不同工藝技術。

然而，前進的道路上并非沒有任何挑戰，我們看到設計公司都在做出巨大努力來適應趨勢，并認真考慮以下四種技術和市場驅動因素：

• 確保電子系統可靠高效的并行多物理場分析需求

• 芯片和系統之間逐漸模糊的界限

• 與眾多設計平臺實現互操作的開放、包容性多物理場平臺需求

• 超大規模公司和系統公司對定制芯片的需求及其價值

3D-IC的出現為芯片中的可實現解決方案開辟了新的視野。但它也促使幾十年來一直并存的兩種不同技術市場實現了更緊密的融合：IC設計和印刷電路板（PCB）設計。這兩大市場使用的工具、數據格式、制造后端、計算和幾何規模以及關注的物理問題都大相徑庭。然而，3D-IC具有兩大市場的許多共同之處：它們不僅包含單片芯片，還包含將芯片固定在一起的板狀基板。介于這兩者之間的是封裝，這是一個完全不同的領域，它要求各公司重新考量他們的設計能力、流程以及組織結構。

芯片設計與PCB設計和封裝設計的孤島式隔離意味著，相應市場都開發了獨立的數據結構，不適合處理3D-IC設計的多物理場分析廣度。許多不同的物理學科（包括計算流體動力學、機械應力和電磁輻射）都需要在開放、可擴展的多物理場平臺上協同工作。這些平臺必須采用現代云計算模式，并通過允許連接單獨的設計平臺以進行綜合多物理場分析，從而支持整個生態系統。

如今，市場領先企業非常依賴于技術來獲得持續成功和市場差異化的優勢。從在線零售商、電信公司、到社交網絡公司和超大規模企業，所有人都在棄用現成的解決方案，反而采用定制芯片以此獲得優勢。其中一些公司希望通過基于大量市場數據的專有AI/ML算法來獲得市場份額，但這需要大量的計算能力和專門的芯片。在當今世界，獲得高質量的芯片解決方案至關重要，業界對于更復雜、更強大電子產品的需求也與日俱增。

毋庸置疑，3D-IC設計正處于電子設計的轉折點，同時也帶來了相關的重大挑戰，即電子設計行業的重新調整需基于新的趨勢。

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