專家在座：半導(dǎo)體工程與西門子 EDA 產(chǎn)品管理高級(jí)總監(jiān) John Ferguson 坐下來(lái)討論 3D-IC 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)以及堆疊芯片對(duì) EDA 工具和方法的影響;Mick Posner，Cadence 計(jì)算解決方案事業(yè)部 IP 解決方案小芯片高級(jí)產(chǎn)品組總監(jiān);莫維盧斯的莫·費(fèi)薩爾;是德科技新機(jī)會(huì)業(yè)務(wù)經(jīng)理 Chris Mueth 和新思科技 3D-IC 編譯器平臺(tái)產(chǎn)品管理高級(jí)總監(jiān) 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(fèi)薩爾;Cadence 的 Posner。

SE：3D-IC與2.5D和平面SoC的芯片設(shè)計(jì)有何不同？

Posner：我們傾向于關(guān)注所有新的挑戰(zhàn)，但堆疊多芯片也將影響傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，例如簡(jiǎn)單驗(yàn)證。如果您有兩個(gè)十字線大小的模具堆疊在一起，則需要驗(yàn)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(yàn)證以及所有傳統(tǒng)的仿真和軟件開發(fā)，那么整個(gè)挑戰(zhàn)就會(huì)成倍困難。這推動(dòng)了工具的變化?，F(xiàn)在僅僅做一個(gè) SoC 就是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，我們有多個(gè) SoC 相互通信。數(shù)字孿生是解決這個(gè)問題的一種方法，但最終需要驗(yàn)證您的 RTL 和系統(tǒng)，因此一切都需要擴(kuò)展。

Mueth：是的，如果你有 10 個(gè)相互依賴關(guān)系，現(xiàn)在你必須處理 100 個(gè)。

波斯納：但傳統(tǒng)的挑戰(zhàn)也存在。

Choubey：而且它們正在增長(zhǎng)?，F(xiàn)在我們必須處理異構(gòu)集成。當(dāng)您關(guān)閉計(jì)時(shí)時(shí)，角的數(shù)量將爆炸。你是如何做到的？如果你想在異構(gòu)堆疊芯片中所有可能的角上進(jìn)行時(shí)序收斂，這是不會(huì)發(fā)生的。這在當(dāng)今的計(jì)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(huì)失去任何東西，而且你需要在合理的時(shí)間內(nèi)完成。所有這些都即將到來(lái)。我們已經(jīng)研究這些問題有一段時(shí)間了，我們認(rèn)為我們?cè)谔崛?、多芯片系統(tǒng)的時(shí)序收斂和封裝驗(yàn)證方面取得了很大進(jìn)展。您不僅僅是在驗(yàn)證獨(dú)立模具。你也在驗(yàn)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(lái)縮短互連并將所有東西靠得更近。但當(dāng)你這樣做時(shí)，你就會(huì)做出權(quán)衡。因此，鑒于每個(gè)人都在尋求在相同或更低的功率下實(shí)現(xiàn)性能的數(shù)量級(jí)改進(jìn)，將所有這些東西添加到一個(gè)包中會(huì)受到懲罰嗎？

Faisal：將為這些云用戶帶來(lái)最多資金的最大和最具挑戰(zhàn)性的工作負(fù)載是芯片設(shè)計(jì)工作負(fù)載，尤其是人工智能驅(qū)動(dòng)的芯片設(shè)計(jì)。像谷歌這樣的公司突然想與芯片設(shè)計(jì)人員合作，因?yàn)檫@是最大、最復(fù)雜的工作負(fù)載，他們想要這項(xiàng)業(yè)務(wù)。我參加了一個(gè)會(huì)議，其中五大人工智能芯片公司之一向所有人提供免費(fèi)的 EDA 工具，以便他們可以獲得運(yùn)行云的工作負(fù)載。這些價(jià)值萬(wàn)億美元的公司可能會(huì)介入并抓住 EDA 工作負(fù)載，并打破不同步驟之間的所有障礙和交接。

Choubey：筒倉(cāng)是主要挑戰(zhàn)。即使他們要采用多芯片系統(tǒng)，傳統(tǒng)規(guī)則仍然存在。曾經(jīng)做數(shù)字設(shè)計(jì)的人正在做模具，或者有時(shí)他們正在做堆疊。然后他們把它交給曾經(jīng)做過先進(jìn)封裝部分的人。這些稅收仍然存在，因?yàn)槟闳匀辉谀愕耐矀}(cāng)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(shè)計(jì)元素集成到一個(gè)系統(tǒng)中，而應(yīng)將其視為一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)。您從系統(tǒng)定義開始，并且想要設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。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(gè)地方，您可以設(shè)計(jì)所有芯片和互連，以便您可以完全了解系統(tǒng)。那么，每當(dāng)你交出設(shè)計(jì)時(shí)，你就不需要繳納這些稅。這是一個(gè)在單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上運(yùn)行的平臺(tái)，將所有內(nèi)容保存在一個(gè)地方，并利用該單一數(shù)據(jù)庫(kù)和平臺(tái)來(lái)確保您不會(huì)有跨越邊界的孤島，并且每次這樣做時(shí)都會(huì)為性能和功耗支付稅。這對(duì)于獲得我們想要的好處非常重要。

SE：這適用于多個(gè)供應(yīng)商嗎？

弗格森：這就是標(biāo)準(zhǔn)的用武之地，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。標(biāo)準(zhǔn)可能是解決方案，但我們?cè)谶@方面仍然落后于這一點(diǎn)。我們有一些我們需要的東西，但還不夠。

SE：現(xiàn)在我們有基本的連接標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)吧？

Mueth：是的，這會(huì)有所幫助。但讓我們以集成高性能電子和數(shù)字系統(tǒng)為例。您的射頻模擬/混合信號(hào)人員設(shè)計(jì)了一個(gè)芯片，它在他的腦海中效果很好。數(shù)字人員設(shè)計(jì)了一個(gè)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?dāng)_、數(shù)字門由于接地層中的噪聲而處于錯(cuò)誤的狀態(tài)。這是一個(gè)集成問題。你必須在系統(tǒng)層面處理這個(gè)問題，你需要一個(gè)可以完成所有這些工作的平臺(tái)。你永遠(yuǎn)不會(huì)有一個(gè)可以完成所有事情的平臺(tái)，但你必須有足夠的能力來(lái)分析手頭的問題。

Choubey：如果你正在做射頻設(shè)計(jì)，而我正在做其中的數(shù)字部分，那么每次你進(jìn)行更改時(shí)，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(dǎo)出數(shù)據(jù)，以便我了解影響。如果每次我運(yùn)行分析時(shí)數(shù)據(jù)都在那里，那么我就擁有了完整的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)集，我可以看到一切的影響。這縮短了上市時(shí)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(nèi)部，但它將您想要捕獲的、您感興趣的區(qū)域嵌入到模型中。你不能對(duì)所有事情都做一個(gè) ROM（降階模型）。但是，讓我們說(shuō) 10 件對(duì)您來(lái)說(shuō)很重要的事情。你構(gòu)建該芯片的 ROM，然后在系統(tǒng)級(jí)別對(duì)其進(jìn)行模擬。所以現(xiàn)在你處于某種程度的抽象，但至少你正在嘗試考慮對(duì)你來(lái)說(shuō)重要的領(lǐng)域。

SE：好的，現(xiàn)在你有了這個(gè)多供應(yīng)商的模具系列。誰(shuí)負(fù)責(zé)確保所有部分協(xié)同工作？

波斯納：這又回到了標(biāo)準(zhǔn)化。你聽到很多關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化的討論，但如果你與代工廠交談，他們并沒有談?wù)撨@個(gè)。他們想要一個(gè)封閉的生態(tài)系統(tǒng)，因?yàn)樗麄儗b視為一種差異化。他們希望增加價(jià)值以讓您留在他們的頻道中。如果你看 2.5D 水平，就會(huì)發(fā)現(xiàn)封裝技術(shù)沒有收斂。每個(gè)人都有一個(gè)中介層。它們彼此不兼容。2D 有機(jī)基材盡可能接近，但供應(yīng)商不支持這一點(diǎn)。你在那里獨(dú)自一人。這就是它進(jìn)入業(yè)務(wù)方面的地方。如果你需要性能，你將做出這些權(quán)衡。但并不是每個(gè)人都會(huì)吞下進(jìn)入 3D 所需的大藥丸。

Mueth：他們擔(dān)心，如果他們擁有太多開放的生態(tài)系統(tǒng)，那么可能會(huì)有人使用整個(gè)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(xì)節(jié)或他們?cè)O(shè)計(jì)的任何組件暴露給第三方。因此，出于這個(gè)原因，您必須對(duì)其進(jìn)行混淆。

Posner：這也給小芯片市場(chǎng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。你不能只是創(chuàng)建一個(gè)骰子，'哦，是的，你可以把這個(gè)堆疊起來(lái)。它在任何地方都有效。

Choubey：總會(huì)有某種定制。當(dāng)您將小芯片放入系統(tǒng)中時(shí)，根據(jù)它在該系統(tǒng)和該分區(qū)中的位置，要求會(huì)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(gè)軟小芯片，并且根據(jù)它去向，您必須能夠?qū)ζ溥M(jìn)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(wú)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(gè)盒子里，然后說(shuō)，'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(duì)吧，因?yàn)樗赡荛_辟了太多的可能性。

弗格森：是的，而且情況更糟，因?yàn)槿斯ぶ悄懿恢挂粋€(gè)。

Faisal：在未來(lái)的某個(gè)時(shí)候，云人員可能會(huì)發(fā)生顛覆，因?yàn)樗麄兎浅Ｗ⒂陂_源一切。那么，有沒有一個(gè)世界，EDA 行業(yè)和芯片設(shè)計(jì)會(huì)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(gòu)建完全垂直的解決方案，從 IP 到軟件等等。但客戶實(shí)際上不喜歡這樣，因?yàn)橛袝r(shí)他們想將這些數(shù)據(jù)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(shí)，“保持?jǐn)?shù)據(jù)流開放，這樣我就可以用它做其他事情，并為額外的優(yōu)化開辟機(jī)會(huì)”之間存在沖突。

SE：我們正在尋找有史以來(lái)使用 3D-IC 創(chuàng)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

費(fèi)薩爾：這是洗碗機(jī)的問題。任何人都可以洗碗，但安裝洗碗機(jī)時(shí)需要專家來(lái)調(diào)試。您想要完全垂直的解決方案，即洗碗機(jī)，但如果它壞了，沒有人知道如何修復(fù)它。

SE：那么您對(duì)全 3D-IC 是樂觀還是悲觀？

Posner：目前，邏輯上邏輯或邏輯上存儲(chǔ)器的所有專業(yè)知識(shí)都是在內(nèi)部構(gòu)建的。是否會(huì)有擴(kuò)展 3D 的流程？眾所周知，從原型的數(shù)量來(lái)看，代工廠已經(jīng)打開了 3D 堆疊設(shè)計(jì)的大門。他們希望達(dá)到可以說(shuō)'3D 堆疊技術(shù)已為您準(zhǔn)備好'的地步。客戶表示他們?cè)敢庵谱髟?。我認(rèn)為沒有人說(shuō)過有前期制作流程，或者他們還沒有進(jìn)入制作階段。大門又開了一點(diǎn)。但它很貴。你必須是精英才能參加這個(gè)游戲。

弗格森：我們都同意我們必須進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。我們致力于。我們別無(wú)選擇。

Choubey：如果你看看未來(lái)三年真正高性能的計(jì)算和 AI 工作負(fù)載，你會(huì)看到大多數(shù)設(shè)計(jì)至少開始嘗試堆疊。在該特定領(lǐng)域，3D 堆疊將成為未來(lái)三四年的常態(tài)。