3D-IC設計
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-25
3D-IC設計的視頻教程
Ansys RedHawk-SC-Electrothermal 2021 R1新功能介紹
近年來AI/HPC等芯片設計的蓬勃發展，伴隨這些設計除了最先進工藝技術的應用，2.5D/3D IC設計也逐漸成為主流。但采用最先進工藝及設計技術的芯片，往往伴隨著諸多挑戰，其中散熱成為該類型芯片設計亟需考慮的問題。使用Ansys RedHawk-SC-Electrothermal，設計者可以輕松應對3D IC的熱及熱應力分析。本次會議將帶來3D IC熱可靠性分析的最新功能更新及案例分享。
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3D-IC設計的實例教程
上述局限性，促使設計人員采用更具革命性的方法：3D-IC設計。與傳統的2D-IC設計相比，這種方法具有多種優勢，包括提高性能、降低功耗和縮小外形尺寸。此外，相較于2D-IC，3D-IC設計技術還可實現異構集成，更高效地利用空間并提高電氣性能。
3D-IC使用硅中介（silicon interposer）和TSV，以便在不同IP之間實現更好的連接。硅中介是一種用于2.5D和3D-IC設計的薄硅晶片，可以在單個封裝中連接多個裸片或芯片。它可作為放置芯片的基板，并使用較小間距垂直TSV和微突進行連接。與傳統的2D-IC相比，這可以實現更好的散熱、更低的功耗、更高的密度和更出色的電氣性能。
3D-IC的設計挑戰
3D-IC設計面臨一些多物理場挑戰，包括傳熱、電遷移、應力和應變以及熱膨脹。這些挑戰是由于3D-IC的復雜性和互聯性而產生的，其中多個芯片相互堆疊，并使用TSV和微突進行連接。
熱膨脹也是3D-IC設計中的一項挑戰。隨著IC溫度的變化，IC中使用的不同材料將以不同的速率膨脹，從而導致應力和翹曲，影響其性能和可靠性。傳熱會使3D-IC設計中的溫度分布進一步復雜化。由于晶體管和其他組件的高密度，3D-IC中的傳熱變得非常困難。大多數熱量都滯留在系統中，導致溫度升高。這種現象被稱為自熱。3D-IC由數十億個組件組成，這些組件通過較長的互連線連接。這些長連接產生的焦耳熱，是導致整體溫度升高的另一個主要因素。在設計3D-IC時，必須對這些熱源進行監控和分析，以確保可靠的性能。
Ansys Redhawk-SC Electrothermal提供了一種黃金標準技術，用于進行使用硅中介的3D-IC設計的熱行為仿真和檢查。您可以輕松地對3D-IC設計（包括硅中介）的幾何結構和材料屬性進行建模，并對設計中的傳熱進行仿真。
展開 Ansys AI技術可提高3D-IC設計的生產力，而更廣泛的合作則推動了面向AI、HPC和高速數據通信半導體的創新3D-IC熱、機械應力和光子解決方案發展
主要亮點
在設計3D集成電路（IC）組件時，Ansys人工智能（AI）驅動的解決方案表現出更高的生產力，并為關鍵任務提供無縫自動化
Ansys多物理場平臺，可支持臺積電客戶對不斷發展的3D-IC設計的可靠性分析需求
Ansys與臺積電攜手合作，為臺積電用于光學數據通信的緊湊型通用光子引擎（COUPE）開發了綜合全面的多物理場分析工作流程
近期，Ansys與臺積電擴大合作范圍，利用AI推進3D-IC設計，并為更廣泛的先進半導體技術開發新一代多物理場解決方案。兩家公司共同開發了新的工作流程，用于分析3D-IC、光子、電磁（EM）和射頻（RF）設計，該流程可以實現更高的生產力。這些功能對于為高性能計算（HPC）、AI、數據中心連接和無線通信領域打造全球領先的半導體產品至關重要。
利用AI提高生產力
創建正確的3D-IC設計，以優化熱和電氣效應（例如通道剖面），需要大量耗時的設計流程。為了最大限度地減少這種限制，設計人員使用Ansys optiSLang?流程集成和優化軟件，通過自動化來快速確定最佳設計配置。通過將optiSLang和用于設計分析和建模的Ansys RaptorX?芯片優化電磁求解器盡早集成到計流程中，該解決方案減少了電磁仿真次數，并展示了協同優化的通道設計。這不僅節省了時間，還降低了設計成本并加快了產品上市進程。
此外，臺積電、Ansys和Synopsys繼續開展長期合作，確保為客戶提供卓越的技術解決方案。
展開 正是這些瓶頸，促使設計人員轉向更具革命性的3D-IC設計。與傳統的2D-IC相比，3D-IC具有多重優勢：性能更高、功耗更低、外形更小，同時支持異構集成，空間利用率和電氣性能都得到提升。
3D-IC的實現依賴于硅中介和TSV。硅中介是一層薄硅片，作為多個裸片（芯片）的公共基板，通過微凸塊和垂直TSV實現芯片間的高密度互連。相比2D-IC，這種結構帶來了更好的散熱、更低的功耗、更高的集成密度和更優的電氣特性。
3D-IC設計面臨的多物理場挑戰
盡管3D-IC優勢突出，但其復雜的堆疊結構和密集的互連也引入了一系列多物理場挑戰——即多種物理現象相互交織、相互影響的問題，主要包括傳熱、電遷移、應力應變和熱膨脹。
熱膨脹與應力翹曲
3D-IC中使用了多種材料（硅、金屬、介質等），它們的熱膨脹系數不同。當溫度變化時，各層材料膨脹幅度不一，會產生機械應力和翹曲，影響芯片性能和可靠性。
多芯片3D-IC系統中的熱分布
傳熱與自熱效應
由于晶體管和其他元件密度極高，且多層堆疊，熱量難以散出，大量熱能滯留在系統內部，導致溫度升高，這種現象稱為自熱。此外，3D-IC中包含數十億個元件，通過長互連線相連，這些連線在電流通過時產生的焦耳熱進一步推高溫度。因此，設計時必須對熱源進行精確監控和分析，確保芯片可靠運行。
電遷移
電遷移是指電子在導體中運動時，與金屬原子發生動量交換，導致原子逐漸遷移，形成空洞或小丘，最終造成電路斷路或短路。由于3D-IC中電流密度高、結構緊湊，電遷移風險尤為突出，必須通過可靠性驗證來防范。
電源與信號完整性電源完整性（PI）和信號完整性（SI）始終是IC設計的核心問題。
展開 Ansys經過認證的半導體解決方案將幫助智原科技縮短2.5D/3D-IC的設計周期，并確保設計符合信號完整性和性能目標
主要亮點
智原科技將使用Ansys RaptorX?片上電磁（EM）建模解決方案來增強2.5D/3D集成電路（IC）的先進封裝設計開發
Ansys解決方案將幫助智原科技優化其硅中介和多芯片設計（Multi-die Design），從而支持更出色的內存帶寬、信號完整性和終端應用性能
近期，半導體行業領先企業智原科技（Faraday Technology Corporation）正在進一步擴大其應用Ansys技術的范圍，以增強其開發多芯片2.5D/3D-IC先進設計的能力，這對于人工智能（AI）、IoT和5G應用至關重要。在Ansys的支持下，智原科技將能夠幫助其客戶探索更可靠的設計選項，以實現更具創新性的產品。
作為一家領先的專用集成電路（ASIC）設計服務和IP提供商，智原科技致力于為客戶的芯片設計項目提供支持。近期，智原科技推出了2.5D/3D-IC先進封裝服務，以滿足行業對多芯片設計的爆發式需求，旨在實現性能更佳、功耗更低的產品。為滿足上述需求，工程師需要使用合適的多物理場分析工具，以在制造之前驗證芯片設計是否具備可靠的信號和結構完整性以及可靠的配電。另一方面，開發更易受EM問題影響的更高密度芯片的趨勢，又加劇了這一挑戰。
通過在設計流程中引入RaptorX，智原科技將能夠提高其開發流程的精度和效率。此外，還可實現先進3D-IC產品的預測準確性EM建模和分析，確保數據傳輸符合嚴格的現代標準。這將提高設計的保真度，提高性能和可靠性，并加速產品上市進程。
智原科技研發副總裁C.H. Chien表示：“我們廣泛的芯片IP能夠為我們的客戶開展設計奠定堅實的基礎，使他們能夠專注于創新，并在市場中脫穎而出。
展開 Ansys榮獲 “聯合研發3nm設計基礎架構” 和 “聯合研發3D-IC設計生產力解決方案” 兩大獎項
主要亮點
憑借向臺積電3nm工藝技術提供晶圓代工廠認證的先進電源完整性與電遷移簽核認證工具，Ansys榮獲“聯合研發3nm設計基礎架構”獎項
憑借向臺積電3D-IC高級封裝技術提供晶圓代工廠認證的先進半導體設計，Ansys榮獲“聯合研發3D-IC設計生產力解決方案”獎項
臺積電授予Ansys兩項開放集成平臺（OIP）年度最佳合作伙伴獎。Ansys多物理場仿真解決方案助力推進臺積電世界領先的3nm工藝技術與高度精密的三維集成電路（3D-IC）先進封裝技術，支持雙方客戶加快智能手機、高性能計算、汽車和物聯網系統的設計。
臺積電制造商正在檢查12英寸晶圓掩模版
Ansys憑借Ansys? RedHawk-SC?與Ansys? Totem?產品獲得 “聯合研發3nm設計基礎架構” 獎項。這些晶圓代工廠認證的的先進電源完整性和電遷移簽核工具專為臺積電3nm工藝技術優化，幫助客戶滿足前沿應用的功耗、熱和可靠性等關鍵需求。
另外，Ansys? RedHawk?、Ansys? RedHawk-SC Electrothermal?與Ansys? RaptorH?也幫助Ansys斬獲了“聯合研發3D-IC設計生產力解決方案”獎項。上述高級半導體分析工具已經通過臺積電高速、業界領先的最新一代CoWoS?和InFO 3D-IC封裝技術的認證，助力客戶利用仿真技術來緩解功耗與熱可靠性問題，從而實現理想的電氣性能。
臺積電設計基礎架構管理事業部高級總監Suk Lee表示：“我們恭賀Ansys成為2020年臺積電OIP年度最佳合作伙伴獎得主。
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電源與信號完整性電源完整性（PI）和信號完整性（SI）始終是IC設計的核心問題。3D-IC復雜的幾何結構使PI/SI分析更加困難，而且功耗與溫度之間存在耦合關系：不同模塊功耗不同，產生局部溫度差異，反過來又影響電路的電氣行為。設計人員需要綜合考慮這些多物理場效應，才能優化系統的電源完整性。
在設計3D-IC時，必須對這些熱源進行監控和分析，以確保可靠的性能。
Ansys Redhawk-SC Electrothermal提供了一種黃金標準技術，用于進行使用硅中介的3D-IC設計的熱行為仿真和檢查。您可以輕松地對3D-IC設計（包括硅中介）的幾何結構和材料屬性進行建模，并對設計中的傳熱進行仿真。
Ansys AI技術可提高3D-IC設計的生產力，而更廣泛的合作則推動了面向AI、HPC和高速數據通信半導體的創新3D-IC熱、機械應力和光子解決方案發展
主要亮點
在設計3D集成電路（IC）組件時，Ansys人工智能（AI）驅動的解決方案表現出更高的生產力，并為關鍵任務提供無縫自動化
Ansys多物理場平臺，可支持臺積電客戶對不斷發展的3D-IC設計的可靠性分析需求
近期，半導體行業領先企業智原科技（Faraday Technology Corporation）正在進一步擴大其應用Ansys技術的范圍，以增強其開發多芯片2.5D/3D-IC先進設計的能力，這對于人工智能（AI）、IoT和5G應用至關重要。
/strong></blockquote><p> Celsius Studio 中搭載了 Cadence Optimality<sup>?</sup> Intelligent System Explorer 的 AI 技術，可對整個設計空間進行快速高效的探索，鎖定理想設計</p><blockquote><strong>2.5D 和 3D-IC
對于使用基于Microsoft Azure的Ansys Mechanical的設計人員而言，我們與Ansys和微軟的最新合作將使其大獲裨益——他們能夠在不影響精度的情況下更快地執行仿真，以確保為新一代AI、HPC、移動和網絡應用提供高質量的3D IC設計。”
Ansys RedHawk-SC?，Ansys RedHawk-SC Electrothermal?和Ansys Totem?為臺積電3DBlox語言標準提供了全面支持，可實現3D-IC設計數據的便捷交換，Ansys憑此獲得OIP年度最佳合作伙伴“聯合研發3Dblox原型設計解決方案”獎。
所有主要的半導體代工廠都已對Ansys解決方案進行認證，并將其用于最先進的技術節點，而Ansys電熱解決方案對于可靠的3D-IC設計至關重要。面向半導體的多物理場簽核解決方案Ansys? RedHawk-SC?的最新版本，可顯著加速熱分析工作流程。
主營業務聚焦三個部分
主營業務聚焦三個部分
? 專業的 EDA&IP 服務，設計平臺運維服務；
? 芯片后端到 2.5D/3D IC，Chiplet 設計服務；
? NTO/MPW 流片、封裝基板和芯片測試的供應鏈服務。
EDA/IP 是公司傳統業務，圖元 EDA 是美國 Cadence 官方授權合作伙伴。
3D IC 設計復雜性通過 3Dblox 解決，這是一種使用通用語言實現 EDA 工具互操作性的方法，涵蓋物理架構和邏輯連接。四大 EDA 供應商（Synopsys、Cadence、Siemens、Ansys）通過完成一系列五個測試用例，為 3Dblox 方法準備了工具：CoWoS-S、InFO-3D、SoIC、CoWoS-L 1、CoWoS-L 2。
