隨著人工智能的爆發(fā)式增長，半導(dǎo)體行業(yè)正面臨集成度與能效比的雙重挑戰(zhàn)。

在"內(nèi)存墻"的瓶頸下，催生了2.5D/3D堆疊芯片技術(shù)的革命浪潮，這種突破二維平面的異構(gòu)整合方案，通過硅通孔（TSV）與微凸點技術(shù)構(gòu)建三維互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將不同組件進行立體封裝。

如今，隨著臺積電CoWoS與英特爾Foveros等代表性工藝相繼量產(chǎn)，2.5D/3D堆疊芯片技術(shù)愈發(fā)成熟，在3D NAND閃存與AI芯片等領(lǐng)域已陸續(xù)開始有產(chǎn)品推出。

有了技術(shù)，工具也必不可少，珠海硅芯科技有限公司（以下簡稱“硅芯科技”）自主研發(fā)的3Sheng Integration Platform堆疊芯片EDA平臺，是國內(nèi)為數(shù)不多面向2.5D/3D堆疊芯片的EDA設(shè)計工具。

平臺創(chuàng)新打造“3Sheng Zenith架構(gòu)設(shè)計--3Sheng Ranger物理設(shè)計-- 3Sheng Ocean Multi-die測試容錯--3Sheng Volcano分析仿真--3Sheng Stratify 多Chiplet集成驗證”五大中心，打通從系統(tǒng)級架構(gòu)規(guī)劃到芯片堆疊物理實現(xiàn)的全流程協(xié)同優(yōu)化，全流程工具鏈涵蓋先進封裝設(shè)計所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在近期舉辦的世界半導(dǎo)體大會上，鎂客網(wǎng)有幸采訪到硅芯科技創(chuàng)始人趙毅博士，就公司發(fā)展歷程以及行業(yè)的理解進行了一次深度交流。

技術(shù)突圍：17年的技術(shù)深耕，一朝產(chǎn)業(yè)化落地

硅芯科技的故事，始于十多年前英國南安普頓大學(xué)的實驗室。全球首批針對堆疊芯片的技術(shù)研究剛剛起步，而國內(nèi)對這一領(lǐng)域的認知尚處于空白。作為世界首批開展堆疊芯片設(shè)計研究團隊成員，硅芯科技負責(zé)人趙毅以十余年的前瞻性探索與技術(shù)積累，于2022年，正式成立硅芯科技，創(chuàng)業(yè)團隊致力于將實驗室的學(xué)術(shù)成果轉(zhuǎn)化為可落地的商業(yè)化EDA解決方案，24年首批Chiplet客戶落地，2年內(nèi)成立上海、北京、無錫研發(fā)中心。

2.5D/3D堆疊技術(shù)的興起，需要整體流程的高度協(xié)同。以采用高帶寬內(nèi)存（HBM）的系統(tǒng)為例，多層堆疊在帶來性能優(yōu)勢的同時，也引入了信號干擾、散熱瓶頸等嚴峻挑戰(zhàn)。

硅芯科技負責(zé)人對此打了個形象的比方：“先進封裝 EDA 的核心價值在于搭建連接設(shè)計、制造與封裝的橋梁，就像建造摩天大樓需要建筑師、結(jié)構(gòu)工程師和住戶的需求緊密結(jié)合?！?/strong>

“3Sheng（三生）”平臺通過標準化接口實現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)的實時互通與協(xié)同優(yōu)化，構(gòu)建“芯粒-中介層-封裝”協(xié)同設(shè)計體系。

• 硅芯科技的核心產(chǎn)品“三生”平臺，命名靈感源自《道德經(jīng)》“一生二，二生三，三生萬物”。同時有著三方共贏的含義：制造方、應(yīng)用方與EDA工具提供商三方的密切合作。

這種深度協(xié)同能力在堆疊芯片時代至關(guān)重要：當一顆芯片需要通過硅中介層（Silicon Interposer）或硅橋（Silicon Bridge）實現(xiàn)數(shù)十個裸片（Die）的高密度互連時，傳統(tǒng) EDA 工具對“信號完整性、電源完整性、熱管理、機械應(yīng)力及材料兼容性”等關(guān)鍵問題的割裂式分析，早已無力應(yīng)對這種高度耦合的多物理場復(fù)雜挑戰(zhàn)。

先進封裝EDA工具破局者

此前，美國對華EDA禁令的升級意外成為了加速行業(yè)變革的“催化劑”。

不僅尖端制程EDA工具被限制，針對先進封裝的技術(shù)支持也被切斷——臺積電等國際廠商停止向國內(nèi)企業(yè)提供相關(guān)服務(wù)。

硅芯科技創(chuàng)始人在采訪中直言：“即便沒有斷供，先進封裝也是全球大勢所趨。英特爾、AMD的CPU、GPU早已采用2.5D技術(shù)，其發(fā)展路線正快速邁向3D堆疊。但禁令迫使中國企業(yè)必須以更快的速度走完這條發(fā)展路徑。”

知名分析機構(gòu) Yole Développement 預(yù)測，2025年全球先進封裝市場規(guī)模將達到420億美元，其中3D堆疊技術(shù)的占比將超過30%。而國內(nèi)具備2.5D/3D堆疊封裝能力的封測廠商已有20余家，長電科技、通富微電等行業(yè)龍頭紛紛加碼布局。華為等終端廠商的服務(wù)器處理器、AI芯片也已全面導(dǎo)入2.5D封裝技術(shù)。

與市場繁榮和產(chǎn)業(yè)熱情形成鮮明對比的，是國產(chǎn)EDA工具在先進封裝領(lǐng)域的嚴重缺失。國內(nèi)七八十家EDA公司絕大多數(shù)聚焦于傳統(tǒng)2D芯片設(shè)計領(lǐng)域。即便少數(shù)涉及先進封裝，其產(chǎn)品也多集中在仿真環(huán)節(jié)。正是這種關(guān)鍵工具的缺位，將硅芯科技驟然推至行業(yè)“聚光燈”下。成立僅幾年時間，硅芯科技已與國內(nèi)數(shù)十家半導(dǎo)體企業(yè)建立深度合作關(guān)系，公司常年處于高負荷運轉(zhuǎn)。

“當前市場需求極其旺盛，”負責(zé)人的語氣中透著壓力，“設(shè)計公司亟需工具支撐，封測廠亟需工具來適配并優(yōu)化其先進工藝制程。”這種在先進封裝EDA領(lǐng)域的技術(shù)稀缺性與戰(zhàn)略價值，使得硅芯科技在2023年成功入選國家重點研發(fā)計劃，被國家層面視為寄予厚望的“破局者”。

協(xié)同困局：從割裂到閉環(huán)的產(chǎn)業(yè)陣痛

設(shè)計公司誤以為簡單改造2D芯片設(shè)計就能轉(zhuǎn)向3D，封裝廠商則易以為2.5/3D封裝僅是廠線簡單迭代，這都是脫離現(xiàn)實的誤解?！栊究萍紕?chuàng)始人趙毅

堆疊芯片技術(shù)的核心難點不是單一環(huán)節(jié)的突破，而在于整體性，這需要產(chǎn)業(yè)鏈的深度協(xié)同與流程重構(gòu)。

2.5D/3D堆疊技術(shù)從本質(zhì)上要求顛覆協(xié)同割裂：設(shè)計伊始就必須考量封裝工藝約束，制造環(huán)節(jié)也需精準對接應(yīng)用需求。 這種貫穿全鏈條的深度協(xié)同，恰恰是產(chǎn)業(yè)鏈中的薄弱環(huán)節(jié)。

圖 | 硅中階層的作用

他舉例說明了一個關(guān)鍵技術(shù)細節(jié)：在2.5D芯片中，通過硅中介層橫向互連后，為何仍需額外增加一層封裝基板？“根本原因在于傳統(tǒng)PCB無法實現(xiàn)高密度互連所需的微凸塊(Micro-bump)間距。設(shè)想一下，當需要互連的凸點數(shù)達到數(shù)萬甚至更多時，其微米級的間距遠超出PCB的制造能力極限。封裝基板在此扮演著關(guān)鍵角色——它如同一個精密的漏斗，將硅中介層上數(shù)以萬計的高密度觸點，重新布線并匯聚至基板底部更稀疏、便于焊接的數(shù)百至數(shù)千個焊球(BGA)?！?/p>

在傳統(tǒng)模式下，設(shè)計公司與封裝廠可以不用深度協(xié)同，而三維堆疊則將協(xié)同挑戰(zhàn)推向了更高維度，如“設(shè)計收斂難題”，當數(shù)以千計的硅通孔(TSV)或微凸點需要穿越多層堆疊結(jié)構(gòu)進行垂直互連時，信號完整性、電源分配網(wǎng)絡(luò)、熱傳導(dǎo)路徑以及機械應(yīng)力的復(fù)雜程度呈指數(shù)級上升。

因此，而硅芯科技作為EDA企業(yè)在芯片設(shè)計與制造端扮演者核心的橋梁作用。

“如果在芯片架構(gòu)規(guī)劃與設(shè)計之初未能充分考慮封裝工藝的物理限制，最終的芯片很可能無法實現(xiàn)功能，甚至無法制造，”負責(zé)人強調(diào)，“這正是我們在‘3Sheng（三生）’平臺中首創(chuàng)集成系統(tǒng)級架構(gòu)設(shè)計的根本動因——在設(shè)計源頭就將制造約束與應(yīng)用需求內(nèi)嵌其中，實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化?！?/p>

然而，現(xiàn)實挑戰(zhàn)依然嚴峻。

硅芯科技負責(zé)人坦陳：“目前整個產(chǎn)業(yè)鏈對先進封裝協(xié)同的理解尚處初期階段。封裝廠可能過度依賴設(shè)備能力，設(shè)計公司尚未掌握2.5D/3D芯片所需的設(shè)計方法論變革，甚至專注于局部環(huán)節(jié)的EDA廠商，若缺乏全流程視角，也難以把握協(xié)同設(shè)計的精髓?！边@種普遍存在的認知鴻溝，迫使硅芯科技主動承擔(dān)起產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育者的角色——不僅提供工具，更要指導(dǎo)客戶如何高效應(yīng)用，甚至協(xié)助封測廠優(yōu)化其工藝參數(shù)?！斑@已遠超單純的商業(yè)交易范疇，而是在為整個中國先進封裝產(chǎn)業(yè)進行關(guān)鍵的知識普及和能力建設(shè)?！?/p>

未來圖譜：從堆疊芯片到異質(zhì)融合

站在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向“后摩爾時代”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵節(jié)點，硅芯科技非常明確自己的技術(shù)路線。

第一階段的核心任務(wù)是攻克“從無到有”的挑戰(zhàn)。當前，大算力芯片對堆疊技術(shù)的需求最為迫切，且其高附加值屬性更能支撐初期較高的成本。

以 GPU 為例，采用 2.5D 封裝技術(shù)實現(xiàn) HBM 內(nèi)存與計算核心的高帶寬互連，性能提升顯著，華為、英偉達的高端產(chǎn)品已驗證此路徑。

而硅芯科技的工具鏈正加速優(yōu)化適配此類高復(fù)雜度場景，其“三生”平臺目前已能夠支持高達 12 層裸片堆疊的全流程協(xié)同設(shè)計，并將信號完整性仿真誤差控制在5%以內(nèi)。

中期的車載與射頻芯片市場，則對 EDA 工具的“多場景適應(yīng)性與可靠性”提出更高要求。硅芯科技負責(zé)人解釋道，“隨著先進封裝制造成本持續(xù)下降，其普及度有望達到當前系統(tǒng)級封裝的水平，屆時物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備等廣泛領(lǐng)域都將受益?！?/p>

真正的技術(shù)制高點在于異質(zhì)融合集成：“未來集成的對象可能不再局限于傳統(tǒng)芯片，而是一個融合了光學(xué)器件、電子電路、機械執(zhí)行單元乃至生物接口的微型智能系統(tǒng)。EDA 的固有邊界將被徹底突破和重新定義?！?/p>

無論技術(shù)路徑如何延伸，底層邏輯始終一致：先進封裝的核心價值在于通過“三維空間重構(gòu)”突破平面集成電路的物理限制，而EDA工具的終極使命，正是為芯片（或系統(tǒng)）在復(fù)雜三維空間中找到性能、功耗、面積及可靠性的全局最優(yōu)解。

在市場缺失2.5D/3D堆疊芯片EDA的背景下，硅芯科技的使命就凸顯了出來。

從英國南安普頓大學(xué)的實驗室萌芽，到珠海研發(fā)中心的持續(xù)深耕，硅芯科技十余年的技術(shù)積淀印證了一個關(guān)鍵洞察：在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的劇烈變局中，最核心的競爭力并非孤立的技術(shù)點，而在于將前沿技術(shù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)性產(chǎn)業(yè)賦能的能力。

當被問及對行業(yè)的期許時，硅芯科技負責(zé)人的話語或許道出了產(chǎn)業(yè)界共同的心聲：“請給予我們必要的成長時間。國內(nèi)制造能力已蓄勢待發(fā)，應(yīng)用端需求空前迫切，而先進封裝 EDA 的成熟需要持續(xù)的迭代與驗證周期。一旦設(shè)計-制造-應(yīng)用的高效協(xié)同閉環(huán)構(gòu)建完成，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)便真正掌握了實現(xiàn)換道超車的關(guān)鍵籌碼?！?/p>

最后，在這場關(guān)乎中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)命運的突圍戰(zhàn)中，每一項工具的突破性迭代，每一次產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的深度整合，都在為自主創(chuàng)新的未來書寫著決定性篇章。

本文作者：jh，圖片來源：硅芯科技

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