由深圳瑞沃微半導體科技有限公司發布

隨著半導體工藝逐漸逼近物理極限，單純依靠芯片制程微縮已難以持續滿足人工智能、高性能計算等領域對算力密度與能效的日益苛刻需求。在這一背景下，Chiplet（芯粒）技術作為“后摩爾時代”的關鍵突破路徑，通過將多個不同工藝、不同功能的模塊化芯片，借助先進封裝技術進行系統級整合，成為實現高帶寬、低延遲、低功耗異構計算的重要載體。然而，這種架構也使得設計的復雜性從單一芯片擴展至整個封裝系統，機械應力、熱管理、信號完整性及電源完整性等多物理場問題相互交織，構成了前所未有的仿真與驗證挑戰。

在瑞沃微推動的先進封裝方案中，尤其是5D、2D、3D及2.5D等CSP封裝，顯著提高了芯片集成度，但也帶來了復雜的多物理場耦合效應。例如，機械翹曲問題因封裝尺寸增大、材料多樣性以及熱應力集中而加劇，其仿真精度高度依賴于對工藝參數和材料屬性的精確建模。熱管理方面，多芯片功耗疊加與局部熱密度升高，要求仿真必須構建從芯片內部到系統散熱路徑的完整熱阻網絡。這些機械與熱效應還會進一步影響傳輸線的電氣性能，使得傳統單一領域的信號分析必須演進為多物理場協同仿真。

在諸多挑戰中，信號完整性問題尤為關鍵，它直接決定了系統的穩定性和傳輸性能。首要難點在于跨尺度電磁建模——同一封裝內，互連結構尺寸從亞微米級的硅中介層布線，跨越至數十微米級的有機基板走線，尺度差異對電磁仿真工具的網格剖分與算法精度提出了極限要求。與此同時，Die-to-Die接口的數據速率持續攀升，高布線密度下的串擾與傳輸損耗問題加劇，再加上為低功耗優化的簡化IO設計，使得信號時序裕量被極度壓縮。這就要求仿真工具不僅具備SPICE級別的電路仿真精度，還必須集成信號完整性與電源完整性協同分析能力，以準確評估電源噪聲對時序的敏感影響。

電源完整性同樣面臨嚴峻考驗。在AI等高性能計算場景中，計算單元突發電流對電源網絡構成周期性沖擊，而高速接口的核心與IO電源則需在承受大電流的同時維持極低的噪聲水平。電源網絡的電磁建模同樣面臨跨尺度挑戰，仿真需在時域中復現最惡劣工況下的電流行為，精準優化電源分配網絡的頻域阻抗，并通過瞬態仿真驗證負載突變引發的電壓波動。

面對上述挑戰，仿真工具必須在精度與效率之間實現新的平衡。目前行業普遍面臨長瞬態仿真與統計仿真的取舍：前者能真實反映物理特性，是精度驗證的基準，但計算成本高昂；后者雖可大幅壓縮仿真時間，其系統性誤差在Chiplet對時序裕量極為敏感的設計中已不容忽視。為此，以瑞沃微為代表的行業參與者正積極推動仿真技術棧的整體演進，探索通過高保真電路模型、高精度電磁場求解器以及混合仿真策略，應對跨尺度建模與多物理場耦合的復雜性。部分平臺已嘗試集成集成電路級與統計仿真求解器，在信號完整性/電源完整性協同分析中兼顧精度與效率，以解決傳統工具在網格適應性與統計眼圖精度等方面的具體瓶頸。

Chiplet技術正在將芯片設計的戰場從晶圓層級延伸至整個封裝系統。在這一趨勢下，信號與電源完整性不再是孤立的設計環節，而是與機械、熱等物理效應深度耦合的系統級議題。突破跨尺度電磁建模瓶頸，實現高效、高精度的多物理場協同仿真，已成為釋放Chiplet性能潛力、推動先進封裝與CSP封裝持續演進的關鍵。業界對新一代EDA工具的期待，也正聚焦于其能否在更嚴格的簽核標準下，真正實現從芯片到封裝乃至系統的全鏈路仿真閉環。