3D IC-ontwerp en verpakkingsoplossingen

3D IC is een nieuw ontwerpparadigma dat wordt aangedreven door de afnemende opbrengsten van schaalvergroting van IC-technologie, ook bekend als de wet van Moore. 3D IC maakt gebruik van nieuwe geavanceerde verpakkingstechnologieën die de integratie van een of meer chipletten in één pakket mogelijk maken. Chipletten zijn geïntegreerde schakelingen (IC) die zijn geoptimaliseerd voor integratie in één pakket.

3D IC-ontwerpen vereisen de naadloze integratie van ECAD/MCAD-tools met meerdere domeinen binnen een sterk geïntegreerd ontwerpplatform, ook wel 3D IC-workflows genoemd. Door gebruik te maken van het brede portfolio van toonaangevende EDA- en MCAD-tools van Siemens wordt een uitgebreide reeks workflows aangeboden, variërend van de decompositie op systeemniveau tot de overdracht van de productie, om klanten in staat te stellen deze complexe, op chips gebaseerde ontwerpen te ontwerpen.

De 3D IC-workflows vereisen ook een nauwe integratie met een uitgebreide set ontwerpkits om het ontwerp, de integratie en de assemblage van 3D-IC-ontwerpen op basis van chips mogelijk te maken. Om een chiplet-ecosysteem mogelijk te maken, heeft Siemens het voortouw genomen bij de aansturing van de nieuwe CDX/OCP 3D IC Design Kits (3DK) -initiatieven in samenwerking met andere EDA-leveranciers. Siemens sponsort en stimuleert actief de invoering van deze nieuwe industriestandaarden door de JEDEC-instantie voor industrienormen en is vastbesloten deze nieuwe normen formeel toe te passen in zijn instrumenten en workflows.

3D IC-technologie maakt een systeemgebaseerde aanpak mogelijk om een elektronisch systeem of subsysteem op te splitsen in een op chiplet gebaseerd systeem in pakket (SiP) -ontwerp dat betere prestaties, lagere kosten, lagere vormfactor en flexibelere, kosteneffectievere productvarianten biedt.

De 3D IC-workflows van Siemens ondersteunen architectuurplanning/-analyse, planning/verificatie van fysieke ontwerpen, elektrische en betrouwbaarheidsanalyses, en ondersteuning bij test/diagnose tijdens de overdracht van de productie.

In de workflows worden de resultaten van de elektrische/betrouwbaarheidsanalyses geïntegreerd in de tools voor ontwerpplanning/implementatie, zodat ontwerpers vroegtijdige voorspellende, in-design- en afmeldingsanalyses kunnen uitvoeren. Deze nieuwe functie voor voorspellende analyse biedt ontwerpers een vroege kijk op prestaties en betrouwbaarheid om architectuuronderzoek te vergemakkelijken voordat ze uitgebreide fysieke ontwerpmiddelen uitvoeren. Analyses tijdens het ontwerp stellen ontwerpteams in staat om tijdens het ontwerpproces interactief controles uit te voeren en zo nodig wijzigingen aan te brengen in het ontwerp, in plaats van te wachten tot de voltooide ontwerpen zijn goedgekeurd. De ondertekeningscontroles worden uitgevoerd op het definitieve ontwerp om de functionaliteit, prestaties en betrouwbaarheid/produceerbaarheid van de ontwerpvoorbeelden te garanderen voordat ze worden vrijgegeven voor productie.

De 3D IC-oplossingen van Siemens omvatten vijf workflows die ondersteuning bieden voor architecturale planning en analyse, fysiek ontwerp en verificatie, elektrische analyse, betrouwbaarheidsanalyse en ondersteuning voor 3D-IC-testplanning en -analyse. Daarnaast is er een geïntegreerde workflow voor mechanisch ontwerp en analyse beschikbaar ter ondersteuning van het mechanische pakketontwerp en de analyse op systeemniveau, thermische/mechanische signoff-niveaus. Hoewel Siemens alle benodigde tools voor de respectieve workflows bevat, ondersteunt de modulaire architectuur de integratie van aanvullende tools en workflows van de beste is klasse en/of bestaande klantenhulpmiddelen en -workflows.

Siemens biedt de beste tools voor pakketplanning en 3D-stackvalidatie in de 3D IC-ontwerpworkflows. De geïntegreerde elektrische en betrouwbaarheidsworkflow ondersteunt vroege voorspellende, in-design- en signoff-analyses van meerlaagse 2,5/3D-ontwerpen. De testworkflows vergemakkelijken de samenwerking tussen de ontwerpteams voor pakketten/chiplets en de DFT/testteams die gebruikmaken van de beste Siemens multi-die DFT-toolsuite in zijn klasse.

3D IC-technologie biedt de systeemontwerper bijna onbeperkte flexibiliteit om zijn ontwerp te verdelen in chipletten die elk zijn geoptimaliseerd in een knooppunt met IC-technologie dat het meest geschikt is voor elke functie. De workflows voor architectuurplanning en -ontwerp vergemakkelijken de samenwerking tussen de systeem/RTL-ontwerpteams en de pakket-/chipletontwerpteams, waarbij gebruik wordt gemaakt van voorspellende analyses om efficiënt in te spelen op een optimale architectuur voordat dure en tijdrovende ontwertimplantatie wordt toegepast op een mogelijk niet-optimaal of pathologisch ontwerp.

Analyse tijdens het ontwerp stelt de teams voor het fysieke ontwerp en de elektrische/betrouwbaarheidsanalyse in staat om het ontwerp tijdens de implementatiefasen te valideren, waarbij fouten worden ontdekt voordat de goedkeuringscontroles worden uitgevoerd nadat het fysieke ontwerp is voltooid, waardoor herbewerking en daarmee samenhangende vertragingen in de planning worden voorkomen.

Dankzij een zorgvuldige, vooraf gevalideerde DFT/testworkflow kunnen tijdens de introductiefase van het nieuwe product (NPI) van het programma tijdig tests worden uitgevoerd, waardoor halfgeleiderproducten eerder op de markt kunnen worden gebracht.