專家在座：半導體工程與西門子 EDA 產品管理高級總監 John Ferguson 坐下來討論 3D-IC 設計挑戰以及堆疊芯片對 EDA 工具和方法的影響;Mick Posner，Cadence 計算解決方案事業部 IP 解決方案小芯片高級產品組總監;莫維盧斯的莫·費薩爾;是德科技新機會業務經理 Chris Mueth 和新思科技 3D-IC 編譯器平臺產品管理高級總監 Amlendu Shekhar Choubey。本討論的第 1 部分在這里，第 2 部分在這里。

從左到右：是德科技的 Mueth;Synopsys 的 Choubey;西門子的弗格森;莫維盧斯的費薩爾;Cadence 的 Posner。

SE：3D-IC與2.5D和平面SoC的芯片設計有何不同？

Posner：我們傾向于關注所有新的挑戰，但堆疊多芯片也將影響傳統挑戰，例如簡單驗證。如果您有兩個十字線大小的模具堆疊在一起，則需要驗證它們是否相互配合。如果是 3.5D，具有水平和垂直堆疊、仿真、驗證以及所有傳統的仿真和軟件開發，那么整個挑戰就會成倍困難。這推動了工具的變化。現在僅僅做一個 SoC 就是一個巨大的挑戰。現在，我們有多個 SoC 相互通信。數字孿生是解決這個問題的一種方法，但最終需要驗證您的 RTL 和系統，因此一切都需要擴展。

Mueth：是的，如果你有 10 個相互依賴關系，現在你必須處理 100 個。

波斯納：但傳統的挑戰也存在。

Choubey：而且它們正在增長。現在我們必須處理異構集成。當您關閉計時時，角的數量將爆炸。你是如何做到的？如果你想在異構堆疊芯片中所有可能的角上進行時序收斂，這是不會發生的。這在當今的計算中是不可能的。你必須弄清楚如何減少問題，這樣你才不會失去任何東西，而且你需要在合理的時間內完成。所有這些都即將到來。我們已經研究這些問題有一段時間了，我們認為我們在提取、多芯片系統的時序收斂和封裝驗證方面取得了很大進展。您不僅僅是在驗證獨立模具。你也在驗證它們之間的交互。

SE：跨越界限的部件越多，你在性能和功率方面損失的就越多。我們可以通過垂直而不是水平堆疊在 SoC 上來縮短互連并將所有東西靠得更近。但當你這樣做時，你就會做出權衡。因此，鑒于每個人都在尋求在相同或更低的功率下實現性能的數量級改進，將所有這些東西添加到一個包中會受到懲罰嗎？

Faisal：將為這些云用戶帶來最多資金的最大和最具挑戰性的工作負載是芯片設計工作負載，尤其是人工智能驅動的芯片設計。像谷歌這樣的公司突然想與芯片設計人員合作，因為這是最大、最復雜的工作負載，他們想要這項業務。我參加了一個會議，其中五大人工智能芯片公司之一向所有人提供免費的 EDA 工具，以便他們可以獲得運行云的工作負載。這些價值萬億美元的公司可能會介入并抓住 EDA 工作負載，并打破不同步驟之間的所有障礙和交接。

Choubey：筒倉是主要挑戰。即使他們要采用多芯片系統，傳統規則仍然存在。曾經做數字設計的人正在做模具，或者有時他們正在做堆疊。然后他們把它交給曾經做過先進封裝部分的人。這些稅收仍然存在，因為你仍然在你的筒倉里，你做某事并將其交給其他人。我們需要打破這些孤島。我們不能將其視為將不同設計元素集成到一個系統中，而應將其視為一種系統設計。您從系統定義開始，并且想要設計該系統。你盡早劃分你的平面圖，并決定你真正想做什么。然后，在那個地方，您可以設計所有芯片和互連，以便您可以完全了解系統。那么，每當你交出設計時，你就不需要繳納這些稅。這是一個在單個數據庫上運行的平臺，將所有內容保存在一個地方，并利用該單一數據庫和平臺來確保您不會有跨越邊界的孤島，并且每次這樣做時都會為性能和功耗支付稅。這對于獲得我們想要的好處非常重要。

SE：這適用于多個供應商嗎？

弗格森：這就是標準的用武之地，這是一個挑戰。標準可能是解決方案，但我們在這方面仍然落后于這一點。我們有一些我們需要的東西，但還不夠。

SE：現在我們有基本的連接標準，對吧？

Mueth：是的，這會有所幫助。但讓我們以集成高性能電子和數字系統為例。您的射頻模擬/混合信號人員設計了一個芯片，它在他的腦海中效果很好。數字人員設計了一個芯片，它在他的腦海中效果很好。然后你把它們集成在一起，突然間你遇到了影響這些芯片的噪聲問題——串擾、數字門由于接地層中的噪聲而處于錯誤的狀態。這是一個集成問題。你必須在系統層面處理這個問題，你需要一個可以完成所有這些工作的平臺。你永遠不會有一個可以完成所有事情的平臺，但你必須有足夠的能力來分析手頭的問題。

Choubey：如果你正在做射頻設計，而我正在做其中的數字部分，那么每次你進行更改時，我都需要看到影響。我不想要求提供最新版本，然后翻譯它并導出數據，以便我了解影響。如果每次我運行分析時數據都在那里，那么我就擁有了完整的數據設計集，我可以看到一切的影響。這縮短了上市時間并最大限度地減少了不確定性。

Mueth：它位于芯片外部而不是模型內部，但它將您想要捕獲的、您感興趣的區域嵌入到模型中。你不能對所有事情都做一個 ROM（降階模型）。但是，讓我們說 10 件對您來說很重要的事情。你構建該芯片的 ROM，然后在系統級別對其進行模擬。所以現在你處于某種程度的抽象，但至少你正在嘗試考慮對你來說重要的領域。

SE：好的，現在你有了這個多供應商的模具系列。誰負責確保所有部分協同工作？

波斯納：這又回到了標準化。你聽到很多關于標準化的討論，但如果你與代工廠交談，他們并沒有談論這個。他們想要一個封閉的生態系統，因為他們將包裝視為一種差異化。他們希望增加價值以讓您留在他們的頻道中。如果你看 2.5D 水平，就會發現封裝技術沒有收斂。每個人都有一個中介層。它們彼此不兼容。2D 有機基材盡可能接近，但供應商不支持這一點。你在那里獨自一人。這就是它進入業務方面的地方。如果你需要性能，你將做出這些權衡。但并不是每個人都會吞下進入 3D 所需的大藥丸。

Mueth：他們擔心，如果他們擁有太多開放的生態系統，那么可能會有人使用整個流程。因此，人們自然而然地傾向于建造磚墻。

Ferguson：客戶不希望他們的小芯片的細節或他們設計的任何組件暴露給第三方。因此，出于這個原因，您必須對其進行混淆。

Posner：這也給小芯片市場帶來了挑戰。你不能只是創建一個骰子，'哦，是的，你可以把這個堆疊起來。它在任何地方都有效。

Choubey：總會有某種定制。當您將小芯片放入系統中時，根據它在該系統和該分區中的位置，要求會有所不同。它需要為其他東西提供電力嗎？什么是熱剖面？任何人都可以使用的硬小芯片是不可能的。它必須是一個軟小芯片，并且根據它去向，您必須能夠對其進行定制。如果您將問題限制在通用的硬小芯片上，那么您將無法從中獲得最佳性能。你限制太多了。多芯片的想法是，您可以利用很多東西，然后為您想要的東西提供最佳解決方案。如果你把它放在一個盒子里，然后說，'不，你不能在這里做任何改變'，那么你就失去了自由度。

SE：這成為人工智能的另一種問題，對吧，因為它可能開辟了太多的可能性。

弗格森：是的，而且情況更糟，因為人工智能不止一個。

Faisal：在未來的某個時候，云人員可能會發生顛覆，因為他們非常專注于開源一切。那么，有沒有一個世界，EDA 行業和芯片設計會采用這種做法，即使秘密武器沒有打開，但很多東西都是開放的？人們正在構建完全垂直的解決方案，從 IP 到軟件等等。但客戶實際上不喜歡這樣，因為有時他們想將這些數據用于提供給他們之外的其他用途。因此，“給我完全垂直的解決方案”與同時，“保持數據流開放，這樣我就可以用它做其他事情，并為額外的優化開辟機會”之間存在沖突。

SE：我們正在尋找有史以來使用 3D-IC 創建的性能和功耗方面的最佳解決方案，但目前似乎沒有人能夠完全實現這一目標。

費薩爾：這是洗碗機的問題。任何人都可以洗碗，但安裝洗碗機時需要專家來調試。您想要完全垂直的解決方案，即洗碗機，但如果它壞了，沒有人知道如何修復它。

SE：那么您對全 3D-IC 是樂觀還是悲觀？

Posner：目前，邏輯上邏輯或邏輯上存儲器的所有專業知識都是在內部構建的。是否會有擴展 3D 的流程？眾所周知，從原型的數量來看，代工廠已經打開了 3D 堆疊設計的大門。他們希望達到可以說'3D 堆疊技術已為您準備好'的地步。客戶表示他們愿意制作原型。我認為沒有人說過有前期制作流程，或者他們還沒有進入制作階段。大門又開了一點。但它很貴。你必須是精英才能參加這個游戲。

弗格森：我們都同意我們必須進入這個領域。我們致力于。我們別無選擇。

Choubey：如果你看看未來三年真正高性能的計算和 AI 工作負載，你會看到大多數設計至少開始嘗試堆疊。在該特定領域，3D 堆疊將成為未來三四年的常態。