集成電路產(chǎn)業(yè)沿著摩爾定律走到今天,持續(xù)推進(jìn)的硅工藝節(jié)點難以為繼,伴隨著5G通信、汽車電子,人工智能、高性能計算等新興領(lǐng)域?qū)呻娐樊a(chǎn)品與技術(shù)需求的增長,集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn),例如如何實現(xiàn)更低的集成復(fù)雜度和更低的成本。

挑戰(zhàn)中也孕育著機(jī)遇,業(yè)界從單純的推進(jìn)更先進(jìn)的節(jié)點,轉(zhuǎn)向先進(jìn)封裝驅(qū)動的芯片成品制造,以取得成本和性能的不斷優(yōu)化。芯片成品制造正深刻地改變集成電路產(chǎn)業(yè)鏈形態(tài),驅(qū)動包括芯片設(shè)計、晶圓制造、裝備、材料等產(chǎn)業(yè)鏈上下游更緊密的協(xié)同發(fā)展。

在這一趨勢下,長電科技提前布局設(shè)計服務(wù)等產(chǎn)品開發(fā)能力,依托技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)力,不斷加強(qiáng)與上下游產(chǎn)業(yè)鏈伙伴的合作,發(fā)展新的商業(yè)模式,培育新的業(yè)務(wù)形態(tài)。長電科技設(shè)計服務(wù)事業(yè)中心專家認(rèn)為,在這一過程中需通過“四個協(xié)同”,探索芯片-封裝-系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計,實現(xiàn)更好的系統(tǒng)性能與可靠性,進(jìn)而推動產(chǎn)業(yè)在后摩爾時代不斷進(jìn)步。

圖:芯片-封裝-系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同

芯片從一粒沙子變成一顆芯片成品進(jìn)入到系統(tǒng)領(lǐng)域,涉及產(chǎn)業(yè)鏈的諸多環(huán)節(jié),包括系統(tǒng)OEM/ODM、芯片F(xiàn)oundry、設(shè)計Fabless、封測OSAT、產(chǎn)品測試ATE等。以往芯片生產(chǎn)流程從制造、封裝到系統(tǒng),各個環(huán)節(jié)之間形成了一種默認(rèn)的邊界。封裝作為核心中間環(huán)節(jié)(芯片-封裝-系統(tǒng)),正在推動集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的材料、設(shè)備、制造、工藝研發(fā)、硬件接口標(biāo)準(zhǔn)組織很好的配合起來,更好地連接半導(dǎo)體整個產(chǎn)業(yè)鏈、應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈和系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈。

長電科技認(rèn)為,以前應(yīng)用環(huán)節(jié)對半導(dǎo)體封測環(huán)節(jié)的關(guān)注和合作相對較少,但隨著封測在芯片制造中的作用越來越重要,不管是從供應(yīng)鏈角度,還是從產(chǎn)品質(zhì)量角度,應(yīng)用環(huán)節(jié)的系統(tǒng)公司和封測產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同變得越來越緊密。僅以汽車產(chǎn)業(yè)為例,越來越多的整車廠與封測產(chǎn)業(yè)積極配合,探索跨越產(chǎn)品生命周期的協(xié)同設(shè)計,雙方不僅僅是上下游和供應(yīng)商的關(guān)系,而是更緊密的伙伴的關(guān)系。

多尺度協(xié)同設(shè)計(Multi-Scale Co-Design)

一個電子產(chǎn)品會經(jīng)歷系統(tǒng)設(shè)計、芯片設(shè)計、芯片加工、封裝測試,到產(chǎn)品集成,在每個分工明確的領(lǐng)域之間會因為思維模式、專業(yè)背景、解決問題的方式不同,存在著不同的理解,而優(yōu)秀的設(shè)計往往源于跨界的溝通、相互的理解與深度的合作。

特別是在當(dāng)今的異構(gòu)集成時代,協(xié)同設(shè)計與集成開發(fā)被寄以重望,成為先進(jìn)SiP/Chiplet設(shè)計的主流趨勢。芯片上的晶體管尺寸是納米級,封裝互連是微米級,PCB是毫米厘米級,封裝的結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜,傳統(tǒng)的IC-封裝-PCB依次的設(shè)計順序已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品的需求,系統(tǒng)級設(shè)計協(xié)同,融合設(shè)計,IC-封裝-PCB之間的綜合協(xié)同優(yōu)化已成為必然。

圖:從芯片設(shè)計到成品落地

多物理場協(xié)同設(shè)計(Multi-Physics Co-Design)

隨著異構(gòu)集成功能模塊日益復(fù)雜,一個封裝系統(tǒng)可能要同時面臨光、電、熱、應(yīng)力等多物理場耦合挑戰(zhàn),業(yè)內(nèi)需要越來越多的多物理場協(xié)同設(shè)計和仿真來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

在單顆芯片和封裝系統(tǒng)日趨復(fù)雜趨勢下,為了確保半導(dǎo)體封裝滿足性能要求,長電科技在芯片的開發(fā)過程中,通過與前后端客戶緊密合作仿真,推動協(xié)同設(shè)計。封裝的“聯(lián)合設(shè)計”營造了良好的開發(fā)環(huán)境,為實現(xiàn)更優(yōu)異性能提供助力,也可在微系統(tǒng)集成服務(wù)商業(yè)模式上提供更多可能。

設(shè)計與制程工藝協(xié)同創(chuàng)新

后摩爾時代,集成電路已經(jīng)不再單純地只以線寬線距和集成度的尺寸論英雄,而是更多地考慮如何提升系統(tǒng)的性能、成本、可靠性、可復(fù)用性等等。隨著集成電路系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,尤其是高級封裝中的多尺度交互(芯片-封裝-系統(tǒng)),傳統(tǒng)的基于設(shè)計規(guī)則的DFM(單向)已不是優(yōu)選設(shè)計方案。

長電科技認(rèn)為,需要設(shè)計與制程協(xié)同優(yōu)化的聚合式管理,“制程窗口”的確認(rèn)和設(shè)計流程優(yōu)化,讓系統(tǒng)實現(xiàn)更高的效率與更低的能耗,即Higher efficiency and Lower Power。設(shè)計與制程技術(shù)的整合式優(yōu)化和架構(gòu)創(chuàng)新,推動設(shè)計和制造一體化,對于實現(xiàn)更優(yōu)的PPA(功率、性能、面積)、可靠性、制造良率和總成本非常重要。

協(xié)同設(shè)計及優(yōu)化對于打造有市場競爭力的集成電路產(chǎn)品變得越來越重要。因此,今天長電科技在設(shè)計階段就會與客戶、合作伙伴充分溝通,這樣在客戶做初始設(shè)計時,長電科技就可把相應(yīng)的后道制造準(zhǔn)備好。未來,長電科技將更加積極和業(yè)界合作推動芯片-封裝-系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計的發(fā)展,推動行業(yè)更好的發(fā)展。

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