3D IC 提供了一種實用的方法來保證全新水平的功率、性能、面積和功能。

隨著設計團隊繼續開發新一代變革性產品，對計算的需求依然強勁。現代工作負載將封裝技術帶到了創新的前沿，并在產品性能、功能和成本方面突破了硅產品設計的界限。不久前，封裝技術還被認為是不方便的后端流程。但時代變了，人工智能、大數據、云計算和自動駕駛汽車的不斷進步推動了前所未有的計算極限（以及對封裝技術的需求）。

這種計算演進導致了芯片的縮小和多芯片架構的出現，為 3D 硅堆疊和先進封裝創新創造了前景廣闊的前景，以優化系統性能。3D IC 提供了一種實用的方法來保證全新水平的功率、性能、面積和功能。

然而，正確的封裝選擇取決于許多因素，設計師需要幫助在無數可用的選項和方法中找到最佳路徑。為了加快未來 3D IC 的采用和生產，半導體行業需要一個精簡的協作生態系統，以在系統級提供一流的優化。

仔細觀察 3D 堆疊

傳統上，半導體行業的主要參與者，如EDA、IP、基板、內存和測試供應商將專注于專業知識的支柱——而不會深入了解他們的工作如何影響芯片的整體集成和兼容性。這意味著團隊不僅需要在前端使用不同的工具，還需要一個聯合的產品路線圖和所有相關方之間定義明確的溝通渠道。這種基本的前端和后端低效率增加了設計的復雜性，需要參與者之間進行更多協作以減少后期集成，提高生產力水平并加強系統產品創新。

就堆疊本身而言，將多層晶體管封裝在不同尺寸的芯片上需要極高的精度。與過去不同的是，當團隊可以在系統測試階段拆焊印刷電路板上的故障芯片并用新芯片替換它（即使是堆疊的）時，團隊無法訪問組裝在 3D IC 結構中的芯片。萬一出現錯誤，就需要將成品放棄開始重建。

假設一家代工廠向其客戶發布了新的設計更新。當客戶收到更新并將其發布給其 IP 供應商時，已經浪費了有意義的時間。火上澆油的是，相應的IP準備就緒大約需要六個月到一年的時間。在此過程中，如果相應的 EDA 供應商不知道代工廠的最新設計規則，則 EDA 工具最終對最新的設計更新無效——這對所有相關人員來說都是一個困難的局面。

EDA 工具依賴于互操作性，需要具有完整的端到端工具才能實現有效的 3D 多芯片系統集成。雖然這可能相對容易迎合單芯片設計，但在 3D IC 架構中相互堆疊的芯片之間的交互以及 EDA 工具識別芯片是否為 3D 堆疊都不是那么簡單。

加速設計成功

利用先進的封裝技術實現異構芯片集成已成為許多應用的明顯趨勢。隨著不同行業計算密集型應用的持續增長，3D IC 正在推動 HPC、汽車、物聯網和移動用例的創新。

特定領域的小芯片為行業提供了難以置信的價值，盡管它們需要先進的封裝讓團隊有足夠的選擇來將晶圓堆疊在晶圓上或芯片堆疊在晶圓上以獲得更高的密度、更多的功能和更好的性能——同時保持相同或更小的占地面積。

這個機會拓寬了行業發展的可能性，同時應對日益增加的芯片復雜性和設計尺寸。無論供應商是否改變其商業模式，具有多層、多種芯片尺寸和多種功能的小芯片的集成和封裝對于釋放具有高計算能力和小尺寸的最終設計靈活性至關重要。

作為 3D 硅堆疊和先進封裝技術的綜合系列，TSMC 3DFabric 補充了公司的先進半導體技術，以釋放系統級創新。臺積電的前端技術或 TSMC-SoIC（集成芯片系統）提供當今 3D 硅堆疊要求所需的精度和方法。為此，臺積電客戶在解決計算障礙方面有著獨特的見解。

AMD 是 3D 硅堆疊的先驅，它就是這樣的客戶之一，它從巨大的性能改進中受益。該公司通過與臺積電及其開放式創新平臺 (OIP) 合作伙伴合作，率先推出了全球首款基于臺積電 SoIC 的 CPU，為下一代高性能、高能效芯片加速了強大的小芯片堆疊生態系統的開發。

轉變協作

沒有任何客戶或合作伙伴可以單槍匹馬地實現所需規模的系統級創新。生態系統（EDA、IP、DCA/VCA、內存、OSAT、基板和測試）中所有芯片公司、設計合作伙伴和代工廠之間的有效協作對于開啟系統集成和產品創新的下一步至關重要。

臺積電認識到加速 3D IC 生態系統創新和簡化執行的必要性，于 2022 年 10 月推出了臺積電 3DFabric 聯盟，作為現有臺積電 OIP 的一部分。客戶和設計公司現在可以訪問該平臺，以協作開發一流的 3D IC 解決方案，并通過更清晰的產品路線圖在第一時間獲得正確的設計。

與設計更大的單片芯片相比，這使更廣泛的生態系統能夠開發質量更好的 3D IC 系統設計并實現更快的上市時間——最終大大加速 3D IC 客戶采用和生態系統準備就緒。

隨著工作負載的發展，封裝技術和半導體的共同進步非常重要。這種協作計劃的誕生為一個新的、可行的時代奠定了基礎，這個時代可以處理復雜的工藝節點，并為各種應用和領域提供先進的 3D IC 設計解決方案。

展望未來，臺積電希望看到公司從只專注于設計芯片轉變為圍繞系統級集成實施全面、全面的方法，以實現新水平的產品創新。與此同時，我們將繼續盡一切努力為行業打開新的大門，在這個充滿希望的空間繼續創新。

審核編輯：劉清