让Chiplet设计无死角 国产仿真工具已经做到了—— 如何彻底掌控Chiplet封装设计

集微网报道Chiplet为什么火了？因为它绕开了先进制程所遇到的障碍，将超大芯片转化为多个小芯片（芯粒）的集合，不但能满足如今高效能计算的需求，也提升了设计灵活性和生产良率并节省了成本，加速了产品上市的过程。

Chiplet的诸多优势要依靠先进封装来实现，与之密切相关的物理场仿真工具作用日益显著。因为当多个芯粒被集成一体时，芯片封装内部的电、磁、热、力、流体密度快速提升，对物理场仿真的精度、效率都设定了更高的标准。

物理场仿真工具的市场以前为国际巨头所垄断，但随着芯瑞微为代表的国内厂商崛起，这一格局正在被彻底改写。国产Chiplet产业将得到本土仿真工具的有力支撑，无论是对供应链的自主可控，还是通过先进封装实现对摩尔定律的超越，都将会有重大的意义。

为什么需要物理场仿真

Chiplet中每颗芯粒间需要高密度的互连，才能实现高速的传输，这样就使得整个芯片的热分析复杂化，因为每一个芯粒上的热点都会影响到相邻区域的热分布，同样的情况还出现在电、磁、力、流体分析上。

对这些物理参数进行模拟和分析就是物理场仿真的作用，其重要性可以用Chiplet中常见的3D封装来说明。“3D封装一个明显的特点就是使用各种堆叠工艺，导致芯片之间的热耦合现象比较突出，需要进行热仿真来解决散热问题。”芯瑞微Chiplet事业部总经理张建超表示：“另一个问题是芯粒与芯粒之间的信号传输，在前期设计中必须通过仿真来确认，若3D封装没有仿真的支持，就会给设计带来很多潜在风险。”用仿真工具可以提前预判信号或其他干扰的问题，减少生产中的风险。”

“随着封装的密度越来越高，信号传输速度和频率不断提高，物理场仿真的重要性与日俱增。”张建超特别指出，以前封装密度不高的时候，只要有经验的工程师就可以规避设计中的问题，但现在没有仿真软件就无法达到性能目标。

全方位覆盖

要降低Chiplet封装设计的风险，仅仿真单一物理场是完全不够的，电、磁、热、力、流体全部物理场缺一不可。

作为专注于电子设计系统仿真领域的高科技软件公司，芯瑞微以自研颠覆性技术填补国内系统仿真软件领域空白为愿景，坚持“立足国内，面向国际”的发展策略，经过两年的技术研发和积累，已形成电磁仿真工具、电热仿真工具、应力仿真工具、低频磁仿真工具和流体仿真工具以及多个验证辅助平台软硬件等主要产品，为国内外芯片及系统设计公司提供以多物理场仿真为核心的系统仿真验证软件平台。

芯瑞微的主要仿真工具包括：三维电磁仿真软件ACEM依托3D编辑、自动参数化、和极低的内存占用特性，搭载imesh智能加密和网格后处理引擎，并行加速的HPC运算能力，适配于电子行业产品的设计和仿真。电子散热数值仿真软件TurboT基于电子产品几何建模技术，高精度网格剖分和热流固耦合仿真算法，实现用户对芯片封装、PCB等电子设备的热设计和热仿真。直流分析的仿真软件。Physim DC基于电路模型建模技术，高精度网格剖分以及精准高效的仿真求解算法，实现用户对芯片封装、PCB等电子设备的电源直流仿真分析。

同时，芯瑞微拥有国产化物理场仿真核心算法架构，完全自主的标准、数据格式、基础算法、架构、前后处理和流程，运用数字化建模、分析手段帮助客户实现在Chiplet领域的技术突破。

集成化平台优势明显

此前，物理场仿真普遍采用电磁热力流串行仿真的方法，由设计公司每个部门负责一块，因为协同较差，存在这仿真效率低下的问题，并会造成多次返工仿真，使得人力、时间成本大幅增加。同时，竞品中的热、应力等工具也多为整合并购而来，以单独的产品形式存在，无法实现集成化的多物理场耦合性仿真。

这一问题在芯瑞微提供的方案上能够得到解决。“芯瑞微工具最大的特点是高度集成化，并且是国内唯一一家能够做到的。”张建超表示。芯瑞微将自主研发的电磁、电热、应力、流体等各个功能模块融合集成为多物理场仿真平台，依靠快速预估方法，实现了在系统设计时对信号完整性、电源完整性、热与散热的快速分析，节省了系统设计的时间，并提供最优的成本选择方案。

“芯瑞微在一个平台下同时解决了电、磁、热和应力仿真等需求，客户不需要再去切换单个工具，减少了工具的学习成本，使得开发时间大幅缩短。”张建超表示，这得益于公司在创立时就进行了整体的规划，并针对Chiplet的发展进行了产品优化。

张建超特别指出，芯瑞微从需求端开始，同IC设计公司、晶圆厂和封装厂紧密配合，为Chiplet封装的精准仿真创造了优越的条件。

连接国内Chiplet产业链

除了多物理场仿真平台产品外，芯瑞微还可提供Chiplet一站式服务。据张建超介绍，此业务源自于芯瑞微全资收购的深圳中科系统集成技术有限公司（下称深圳中科）。深圳中科是一家先进系统级封装设计一站式综合服务供应商，进入Chiplet领域正好让其多年积累得有用武之地。

Chiplet一站式服务可以帮助客户做前期的设计仿真，也可以做后期的加工资源整合。其目标对象是那些对Chiplet并不是特别了解，但是又有很大需求的商业公司和科研院所，可以满足客户保密性和通用化的需求。

在保密性方面，客户原先用分离器件搭成板卡，核心芯片的型号很容易泄露，而使用了该服务，就可以将这些核心芯片集成在一起，包含了商业机密。在通用化方面，客户可以把经常使用的模拟/射频前端电路，做成一个集成的芯片，未来在开发类似的产品时，就可以直接使用，减少了开发周期。

“这项服务将在国内Chiplet产业发展中起到承上启下的作用，因为其将上游的晶圆厂、设计公司和下游的封装厂紧密联系在一起。”张建超表示。

考虑到Chiplet在国内处于刚起步的阶段，张建超认为要让产品和服务获得市场接受将是一个长期的过程。而为了培育一个健全的生态系统，芯瑞微将从多方面着手。首先，公司要同国内头部的商业公司进行合作，取得示范效应；其次，公司还要与高校进行合作，制造教材或开设相关课程，让大学生培养起对国产仿真工具的使用习惯。

“未来，我们还计划在云端构建解决方案，不论是普通电子爱好者还是专业工程师，都可以方便地随时使用这个工具。”张建超强调。

张建超最后表示，芯瑞微希望同设计公司、IP厂商、晶圆厂、封装厂一起把整个产业链打通，去真正实现Chiplet在国内的商业化落地，为国内半导体行业的发展增加新动力。