集成电路产业沿着摩尔定律走到今天,持续推进的硅工艺节点难以为继,伴随着5G通信、汽车电子,人工智能、高性能计算等新兴领域对集成电路产品与技术需求的增长,集成电路产业发展面临诸多挑战,例如如何实现更低的集成复杂度和更低的成本。

挑战中也孕育着机遇,业界从单纯的推进更先进的节点,转向先进封装驱动的芯片成品制造,以取得成本和性能的不断优化。芯片成品制造正深刻地改变集成电路产业链形态,驱动包括芯片设计、晶圆制造、装备、材料等产业链上下游更紧密的协同发展。

在这一趋势下,长电科技提前布局设计服务等产品开发能力,依托技术领导力和行业领导力,不断加强与上下游产业链伙伴的合作,发展新的商业模式,培育新的业务形态。长电科技设计服务事业中心专家认为,在这一过程中需通过“四个协同”,探索芯片-封装-系统协同设计,实现更好的系统性能与可靠性,进而推动产业在后摩尔时代不断进步。

图:芯片-封装-系统协同设计

产业链协同

芯片从一粒沙子变成一颗芯片成品进入到系统领域,涉及产业链的诸多环节,包括系统OEM/ODM、芯片Foundry、设计Fabless、封测OSAT、产品测试ATE等。以往芯片生产流程从制造、封装到系统,各个环节之间形成了一种默认的边界。封装作为核心中间环节(芯片-封装-系统),正在推动集成电路产业链的材料、设备、制造、工艺研发、硬件接口标准组织很好的配合起来,更好地连接半导体整个产业链、应用产业链和系统产业链。

长电科技认为,以前应用环节对半导体封测环节的关注和合作相对较少,但随着封测在芯片制造中的作用越来越重要,不管是从供应链角度,还是从产品质量角度,应用环节的系统公司和封测产业链的协同变得越来越紧密。仅以汽车产业为例,越来越多的整车厂与封测产业积极配合,探索跨越产品生命周期的协同设计,双方不仅仅是上下游和供应商的关系,而是更紧密的伙伴的关系。

多尺度协同设计(Multi-Scale Co-Design)

一个电子产品会经历系统设计、芯片设计、芯片加工、封装测试,到产品集成,在每个分工明确的领域之间会因为思维模式、专业背景、解决问题的方式不同,存在着不同的理解,而优秀的设计往往源于跨界的沟通、相互的理解与深度的合作。

特别是在当今的异构集成时代,协同设计与集成开发被寄以重望,成为先进SiP/Chiplet设计的主流趋势。芯片上的晶体管尺寸是纳米级,封装互连是微米级,PCB是毫米厘米级,封装的结构愈发复杂,传统的IC-封装-PCB依次的设计顺序已经不能够满足现代电子产品的需求,系统级设计协同,融合设计,IC-封装-PCB之间的综合协同优化已成为必然。

图:从芯片设计到成品落地

多物理场协同设计(Multi-Physics Co-Design)

随着异构集成功能模块日益复杂,一个封装系统可能要同时面临光、电、热、应力等多物理场耦合挑战,业内需要越来越多的多物理场协同设计和仿真来应对这些挑战。

在单颗芯片和封装系统日趋复杂趋势下,为了确保半导体封装满足性能要求,长电科技在芯片的开发过程中,通过与前后端客户紧密合作仿真,推动协同设计。封装的“联合设计”营造了良好的开发环境,为实现更优异性能提供助力,也可在微系统集成服务商业模式上提供更多可能。

设计与制程工艺协同创新

后摩尔时代,集成电路已经不再单纯地只以线宽线距和集成度的尺寸论英雄,而是更多地考虑如何提升系统的性能、成本、可靠性、可复用性等等。随着集成电路系统复杂性的增加,尤其是高级封装中的多尺度交互(芯片-封装-系统),传统的基于设计规则的DFM(单向)已不是优选设计方案。

长电科技认为,需要设计与制程协同优化的聚合式管理,“制程窗口”的确认和设计流程优化,让系统实现更高的效率与更低的能耗,即Higher efficiency and Lower Power。设计与制程技术的整合式优化和架构创新,推动设计和制造一体化,对于实现更优的PPA(功率、性能、面积)、可靠性、制造良率和总成本非常重要。

协同设计及优化对于打造有市场竞争力的集成电路产品变得越来越重要。因此,今天长电科技在设计阶段就会与客户、合作伙伴充分沟通,这样在客户做初始设计时,长电科技就可把相应的后道制造准备好。未来,长电科技将更加积极和业界合作推动芯片-封装-系统协同设计的发展,推动行业更好的发展。

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