Multi-Die設(shè)計(jì)將多個(gè)異構(gòu)或同構(gòu)裸片無(wú)縫集成在同一封裝中，大幅提升了芯片的性能和能效，因而在高性能計(jì)算（HPC）、人工智能（AI）、數(shù)據(jù)分析、先進(jìn)圖形處理和其他要求嚴(yán)苛的應(yīng)用領(lǐng)域中至關(guān)重要。

Multi-Die設(shè)計(jì)雖然代表了一項(xiàng)突破性的飛躍，但也帶來(lái)了諸多工程開(kāi)發(fā)方面的挑戰(zhàn)。在2025年芯粒峰會(huì)上，來(lái)自Ansys、英特爾、新思科技和臺(tái)積公司的行業(yè)專家匯聚一堂，圍繞日益復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)展開(kāi)深入探討，并分享了寶貴的見(jiàn)解與建議。

應(yīng)對(duì)多物理場(chǎng)挑戰(zhàn)

Multi-Die設(shè)計(jì)帶來(lái)的變革性優(yōu)勢(shì)毋庸置疑，但隨之而來(lái)的挑戰(zhàn)同樣令人生畏。與會(huì)專家指出，如何有效管理影響功耗和熱完整性的多物理場(chǎng)相互作用，是其中尤為棘手的難題。

Ansys電子、半導(dǎo)體與光學(xué)事業(yè)部的研究員兼首席技術(shù)專家Norman Chang表示：“電氣、機(jī)械、流體和熱之間的相互作用非常復(fù)雜?！?/p>

面對(duì)這些相互關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須理解和分析其中涉及的所有相互作用和影響。Chang強(qiáng)調(diào)：“必須綜合考慮所有因素?！?/p>

英特爾架構(gòu)、設(shè)計(jì)與技術(shù)解決方案及技術(shù)開(kāi)發(fā)副總裁Lalitha Immaneni也表示，日益增長(zhǎng)的處理需求使Multi-Die設(shè)計(jì)中的功耗和熱管理進(jìn)一步復(fù)雜化。

她談到：“以AI領(lǐng)域?yàn)槔?，帶寬持續(xù)提升，容量面臨瓶頸，功耗也在不斷上升。未來(lái)五到十年內(nèi)，設(shè)計(jì)的功耗可能高達(dá)五千瓦。我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)這樣的局面？”

縮放和優(yōu)化問(wèn)題

隨著Multi-Die設(shè)計(jì)日益復(fù)雜，各個(gè)維度上的微縮/擴(kuò)展和優(yōu)化已成為關(guān)鍵考量。工程師必須致力于器件微型化（微縮）、增強(qiáng)性能和容量（縱向擴(kuò)展），并拓展多器件或系統(tǒng)間的連接與集成（橫向擴(kuò)展）。

每個(gè)維度都伴隨著特有的挑戰(zhàn)，包括功耗控制、散熱、信號(hào)完整性和整體系統(tǒng)可靠性的保障。

Immaneni表示，英特爾正在推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化（STCO），即同步優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)節(jié)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，以期在半導(dǎo)體制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)性能、功耗和成本效益的全面改善。

她強(qiáng)調(diào)：“如果忽視協(xié)同優(yōu)化，一旦執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，就要付出代價(jià)，損失將無(wú)法彌補(bǔ)?！?/p>

新思科技產(chǎn)品線管理執(zhí)行總監(jiān)Shekhar Kapoor補(bǔ)充說(shuō)：“這是一個(gè)多尺度問(wèn)題。我們需要同時(shí)進(jìn)行微縮、縱向擴(kuò)展和橫向擴(kuò)展，必須在所有這些不同尺度上進(jìn)行優(yōu)化，而每個(gè)尺度在性能、時(shí)序、電氣、散熱甚至成本方面都有不同的KPI。”

AI賦能Multi-Die設(shè)計(jì)

與會(huì)專家表示，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具和方法學(xué)的進(jìn)步，為應(yīng)對(duì)Multi-Die挑戰(zhàn)提供了有力支持。特別是AI驅(qū)動(dòng)的工具，正被用來(lái)優(yōu)化性能、功耗和成本。

在談到AI輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，Kapoor表示：“它可以解決布局、布線、架構(gòu)搭建等問(wèn)題，還能探索龐大的多目標(biāo)解空間，顯著加快設(shè)計(jì)進(jìn)程。”

臺(tái)積公司的IP和3DFabric高級(jí)總監(jiān)Lluis Paris也表示：“AI正助力我們更快找出哪些材料組合可以實(shí)現(xiàn)更好的性能表現(xiàn)。我們還利用AI處理大量復(fù)雜的DRC（設(shè)計(jì)規(guī)則檢查），判斷它們是否完整。”

推動(dòng)Multi-Die封裝技術(shù)發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定

與會(huì)專家一致認(rèn)為，Multi-Die封裝是當(dāng)前面臨的重大挑戰(zhàn)之一，還有多個(gè)障礙需要攻克。

Paris強(qiáng)調(diào)：“我們需要共同努力，解決混合鍵合和3D封裝方法問(wèn)題。相關(guān)技術(shù)指日可待?！?/p>

Immaneni補(bǔ)充道：“在開(kāi)發(fā)一些復(fù)雜的3DIC解耦技術(shù)時(shí)，我認(rèn)為材料方面需要大量創(chuàng)新。例如，分層問(wèn)題、熱管理問(wèn)題、高速I(mǎi)/O的可靠性問(wèn)題，都是亟需解決的技術(shù)挑戰(zhàn)。只有大力推動(dòng)材料創(chuàng)新，才能真正解決這些技術(shù)難題?！?/p>

與會(huì)專家還指出了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的重要性，但也坦言在實(shí)際推進(jìn)中面臨不小的阻力。

Immaneni表示：“我們面臨的最大挑戰(zhàn)之一是UCIe的各種變體，也就是外部?jī)?nèi)存問(wèn)題。它們必須針對(duì)現(xiàn)有封裝技術(shù)進(jìn)行認(rèn)證?！?/p>

Paris認(rèn)為：“我完全認(rèn)可UCIe標(biāo)準(zhǔn)本身的價(jià)值。但遺憾的是，市場(chǎng)上的實(shí)際情況并不理想?！彼赋觯蛻羟嗖AUCIe PHY的高能效表現(xiàn)，但往往忽視了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的采用。

整合研究方向與專業(yè)技能

與會(huì)專家認(rèn)為，為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的Multi-Die設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)并加速創(chuàng)新，必須依靠全行業(yè)的協(xié)作和工程技能的持續(xù)演進(jìn)。

Chang預(yù)言：“由1,000個(gè)芯粒組成的芯片并不遙遠(yuǎn)，或許就在未來(lái)兩三年。我們還有大量研究工作需要開(kāi)展，必須與大學(xué)和新思科技等伙伴攜手，共同實(shí)現(xiàn)這一愿景?！?/p>

工作流程和工程技能也必須融合。

Immaneni強(qiáng)調(diào)：“觀察當(dāng)下那些正在不斷成長(zhǎng)和創(chuàng)新的工程師，你會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的技能已不再局限于某個(gè)特定領(lǐng)域。不再有單一的芯片架構(gòu)師、封裝架構(gòu)師或平臺(tái)架構(gòu)師，現(xiàn)在需要的是跨領(lǐng)域的綜合能力?！?/p>

Paris補(bǔ)充道：“你需要成為一個(gè)通才。真正的價(jià)值體現(xiàn)在跨領(lǐng)域知識(shí)的融會(huì)貫通。如果你只是深入鉆研一個(gè)極窄的領(lǐng)域，未必能解決一些邊界模糊的新問(wèn)題?！?/p>

Kapoor總結(jié)說(shuō)：“不要像工程師那樣看問(wèn)題，而要像創(chuàng)新者那樣去思考。技術(shù)能力固然重要，但創(chuàng)造力同樣不可或缺。這就是為什么我們需要構(gòu)建一個(gè)合作共贏的生態(tài)系統(tǒng)。它是成就一切的基礎(chǔ)。沒(méi)有生態(tài)系統(tǒng)，我們將寸步難行?！?/p>

注明：本文包含2025年1月21至23日在美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉舉行的芯粒峰會(huì)上，相關(guān)人士在專家座談會(huì)上發(fā)表的觀點(diǎn)。