新思科技以AI驱动EDA加速Multi-Die创新

Multi-Die设计将多个异构或同构裸片无缝集成在同一封装中，大幅提升了芯片的性能和能效，因而在高性能计算（HPC）、人工智能（AI）、数据分析、先进图形处理和其他要求严苛的应用领域中至关重要。

Multi-Die设计虽然代表了一项突破性的飞跃，但也带来了诸多工程开发方面的挑战。在2025年芯粒峰会上，来自Ansys、英特尔、新思科技和台积公司的行业专家汇聚一堂，围绕日益复杂的技术挑战展开深入探讨，并分享了宝贵的见解与建议。

应对多物理场挑战

Multi-Die设计带来的变革性优势毋庸置疑，但随之而来的挑战同样令人生畏。与会专家指出，如何有效管理影响功耗和热完整性的多物理场相互作用，是其中尤为棘手的难题。

Ansys电子、半导体与光学事业部的研究员兼首席技术专家Norman Chang表示：“电气、机械、流体和热之间的相互作用非常复杂。”

面对这些相互关联的领域，设计团队必须理解和分析其中涉及的所有相互作用和影响。Chang强调：“必须综合考虑所有因素。”

英特尔架构、设计与技术解决方案及技术开发副总裁Lalitha Immaneni也表示，日益增长的处理需求使Multi-Die设计中的功耗和热管理进一步复杂化。

她谈到：“以AI领域为例，带宽持续提升，容量面临瓶颈，功耗也在不断上升。未来五到十年内，设计的功耗可能高达五千瓦。我们该如何应对这样的局面？”

缩放和优化问题

随着Multi-Die设计日益复杂，各个维度上的微缩/扩展和优化已成为关键考量。工程师必须致力于器件微型化（微缩）、增强性能和容量（纵向扩展），并拓展多器件或系统间的连接与集成（横向扩展）。

每个维度都伴随着特有的挑战，包括功耗控制、散热、信号完整性和整体系统可靠性的保障。

Immaneni表示，英特尔正在推进系统技术协同优化（STCO），即同步优化系统架构、技术节点和设计方法，以期在半导体制造过程中实现性能、功耗和成本效益的全面改善。

她强调：“如果忽视协同优化，一旦执行过程中出现问题，就要付出代价，损失将无法弥补。”

新思科技产品线管理执行总监Shekhar Kapoor补充说：“这是一个多尺度问题。我们需要同时进行微缩、纵向扩展和横向扩展，必须在所有这些不同尺度上进行优化，而每个尺度在性能、时序、电气、散热甚至成本方面都有不同的KPI。”

AI赋能Multi-Die设计

与会专家表示，电子设计自动化（EDA）工具和方法学的进步，为应对Multi-Die挑战提供了有力支持。特别是AI驱动的工具，正被用来优化性能、功耗和成本。

在谈到AI辅助设计优化时，Kapoor表示：“它可以解决布局、布线、架构搭建等问题，还能探索庞大的多目标解空间，显著加快设计进程。”

台积公司的IP和3DFabric高级总监Lluis Paris也表示：“AI正助力我们更快找出哪些材料组合可以实现更好的性能表现。我们还利用AI处理大量复杂的DRC（设计规则检查），判断它们是否完整。”

推动Multi-Die封装技术发展和行业标准制定

与会专家一致认为，Multi-Die封装是当前面临的重大挑战之一，还有多个障碍需要攻克。

Paris强调：“我们需要共同努力，解决混合键合和3D封装方法问题。相关技术指日可待。”

Immaneni补充道：“在开发一些复杂的3DIC解耦技术时，我认为材料方面需要大量创新。例如，分层问题、热管理问题、高速I/O的可靠性问题，都是亟需解决的技术挑战。只有大力推动材料创新，才能真正解决这些技术难题。”

与会专家还指出了行业标准的重要性，但也坦言在实际推进中面临不小的阻力。

Immaneni表示：“我们面临的最大挑战之一是UCIe的各种变体，也就是外部内存问题。它们必须针对现有封装技术进行认证。”

Paris认为：“我完全认可UCIe标准本身的价值。但遗憾的是，市场上的实际情况并不理想。”他指出，客户青睐UCIe PHY的高能效表现，但往往忽视了对标准协议的采用。

整合研究方向与专业技能

与会专家认为，为了应对复杂的Multi-Die设计挑战并加速创新，必须依靠全行业的协作和工程技能的持续演进。

Chang预言：“由1,000个芯粒组成的芯片并不遥远，或许就在未来两三年。我们还有大量研究工作需要开展，必须与大学和新思科技等伙伴携手，共同实现这一愿景。”

工作流程和工程技能也必须融合。

Immaneni强调：“观察当下那些正在不断成长和创新的工程师，你会发现他们的技能已不再局限于某个特定领域。不再有单一的芯片架构师、封装架构师或平台架构师，现在需要的是跨领域的综合能力。”

Paris补充道：“你需要成为一个通才。真正的价值体现在跨领域知识的融会贯通。如果你只是深入钻研一个极窄的领域，未必能解决一些边界模糊的新问题。”

Kapoor总结说：“不要像工程师那样看问题，而要像创新者那样去思考。技术能力固然重要，但创造力同样不可或缺。这就是为什么我们需要构建一个合作共赢的生态系统。它是成就一切的基础。没有生态系统，我们将寸步难行。”

注明：本文包含2025年1月21至23日在美国加利福尼亚州圣克拉拉举行的芯粒峰会上，相关人士在专家座谈会上发表的观点。