汽車行業(yè)正在經(jīng)歷重大變革，因為它采用自動駕駛技術(shù)和超互聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)等創(chuàng)新。這一變化的核心是對緊湊型、高性能半導體解決方案的需求不斷增長，這些解決方案能夠應(yīng)對日益復雜的現(xiàn)代汽車架構(gòu)。一項有前途的發(fā)展是三維集成電路 （3D-IC），這是一種創(chuàng)新的半導體設(shè)計方法，有可能重塑汽車市場。

通過垂直堆疊多個芯片，3D-IC 提供卓越的性能、帶寬和能源效率，同時克服車輛系統(tǒng)的關(guān)鍵空間和熱限制。然而，盡管 3D-IC 具有潛力，但其設(shè)計和實施仍面臨重大挑戰(zhàn)。這就是人工智能驅(qū)動的電子設(shè)計自動化 （EDA） 工具發(fā)揮至關(guān)重要作用的地方，使工程師能夠探索 3D-IC 創(chuàng)新的新領(lǐng)域。這些技術(shù)共同為汽車應(yīng)用創(chuàng)造了新的機會，從高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 到信息娛樂平臺，最終為未來的汽車鋪平了道路。

開創(chuàng)性的半導體進步

半導體在汽車創(chuàng)新中的作用怎么強調(diào)都不為過。碳化硅 （SiC） 和氮化鎵 （GaN） 等半導體技術(shù)改變了電力電子設(shè)備，在減少能量損失的情況下提供高效率。這些進步對于電動汽車 （EV） 和混合動力系統(tǒng)至關(guān)重要，因為性能和能源優(yōu)化至關(guān)重要。然而，隨著行業(yè)向先進節(jié)點（例如 3nm 或 5nm 工藝）邁進，出現(xiàn)了重大挑戰(zhàn)：

• 成本上升：高級節(jié)點需要更高的制造成本，導致每個晶體管的成本增加。這一趨勢顛覆了摩爾定律所承諾的傳統(tǒng)成本效益。

• 產(chǎn)量限制：更大的芯片設(shè)計會導致較低的良率，使得更大的 SoC 變得越來越不切實際。

• 模擬和射頻電路的復雜性：由于固有的設(shè)計復雜性，模擬電路和射頻 I/O 通常與先進節(jié)點技術(shù)不太兼容。

• 內(nèi)存帶寬瓶頸：對高速內(nèi)存訪問的需求刺激了高帶寬內(nèi)存 （HBM） 集成和芯片堆疊方面的創(chuàng)新，使內(nèi)存更接近處理核心以提高性能。

AI 驅(qū)動的 EDA 工具如何改變游戲規(guī)則

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，該行業(yè)正在采用分解解決方案，將大型 SoC 設(shè)計分解為更小的小芯片。這些小芯片通過 UCIe 等強大的接口互連，形成模塊化系統(tǒng)。這種方法可確保更好的成本管理、提高性能和設(shè)計靈活性。更重要的是，人工智能驅(qū)動的 EDA 工具介入——不是作為一種演變，而是一場革命。這些下一代平臺將智能和自動化帶入了 3D-IC 設(shè)計的復雜過程。

人工智能驅(qū)動的 EDA 工具正在重新定義半導體設(shè)計的格局，特別是在 3D-IC 和模塊化小芯片時代。這些創(chuàng)新平臺不僅在進步，而且能夠?qū)⒅悄芎妥詣踊傻絺鹘y(tǒng)復雜的工作流程中，從而從根本上改變設(shè)計過程。通過利用先進的智能功能，EDA 工具可以實現(xiàn)成功應(yīng)對分解系統(tǒng)挑戰(zhàn)的設(shè)計環(huán)境。這樣的環(huán)境必須無縫連接芯片和封裝域，同時確保多個小芯片的模塊化組裝以實現(xiàn)自下而上的集成，并提供自上而下的系統(tǒng)視角以實現(xiàn)有效分區(qū)。包括對熱行為和功耗等因素的早期系統(tǒng)級反饋等功能，可確保始終保持設(shè)計意圖，從而推動整個芯片封裝生態(tài)系統(tǒng)的融合。這種整體方法使設(shè)計人員能夠在多芯片系統(tǒng)中實現(xiàn)前所未有的性能、靈活性和效率水平。

人工智能驅(qū)動的集成設(shè)計平臺的作用

傳統(tǒng)的脫節(jié)工作流程，IC、PCB 和封裝設(shè)計工具不同，加劇了數(shù)據(jù)不一致、流程容易出錯和設(shè)計周期延長等低效率問題。為了解決這些限制，Cadence 的 AI 驅(qū)動的集成 3D-IC 平臺提供了一個統(tǒng)一且高度協(xié)作的環(huán)境，將所有設(shè)計領(lǐng)域集成到一個連貫的工作流程中。這使團隊能夠在流程的早期優(yōu)化性能、功耗和熱相互作用，減少昂貴的重新設(shè)計并縮短上市時間。

通過跨域協(xié)作解決復雜性

現(xiàn)代汽車和高性能系統(tǒng)依賴于處理器、內(nèi)存、互連和電源系統(tǒng)等不同組件之間的無縫協(xié)調(diào)。借助集成的 3D-IC 平臺，Cadence 打破了設(shè)計孤島，為 Virtuoso Studio、Innovus+ 綜合和實現(xiàn)系統(tǒng)、Allegro X 設(shè)計平臺和 Sigrity X 平臺等工具提供用于專業(yè)任務(wù)的工具，所有這些都在集中式數(shù)據(jù)庫下同步。這種級別的集成確保了協(xié)同設(shè)計過程是協(xié)作的而不是孤立的，使工程師能夠有效地可視化和分析系統(tǒng)范圍的交互。

例如，該平臺使封裝和PCB工程師能夠直接與IC設(shè)計人員一起工作，在工作流程的早期識別芯片堆疊層的信號完整性問題或熱點。這種一致性確保仿真和實施工作流程保持緊密結(jié)合，從而降低設(shè)計風險并消除冗余迭代。

左移方法，提高效率

Cadence 的主動方法優(yōu)先考慮“左移”方法，該方法強調(diào)前置關(guān)鍵分析，如熱、信號完整性和電源性能。通過在設(shè)計周期的早期集成這些檢查，工程師可以實現(xiàn)效率和精度。這種方法可以立即識別高密度汽車雷達系統(tǒng)中的電壓下降或電磁干擾等問題，從而顯著減少下游瓶頸。

Cadence 裝配設(shè)計套件 （ADK） 對此進行了補充，它提供了針對特定工藝技術(shù)量身定制的標準化模板和合規(guī)性規(guī)則。這些套件使工程師能夠從強大的設(shè)計基礎(chǔ)開始，最大限度地減少重復性任務(wù)，并最大限度地利用工程資源進行項目創(chuàng)新。

智能自動化和數(shù)據(jù)驅(qū)動優(yōu)化

集成 3D-IC 平臺中嵌入了 Cadence JedAI 解決方案，這是一個人工智能驅(qū)動的分析系統(tǒng)，旨在進一步簡化和增強復雜的工作流程。通過利用基于機器學習的預(yù)測分析，Cadence JedAI 可以自動執(zhí)行設(shè)計規(guī)則檢查和時序分析等關(guān)鍵流程，從而節(jié)省寶貴的工程時間。此外，它還通過分析歷史趨勢來識別設(shè)計迭代中的潛在瓶頸或關(guān)鍵路徑，使設(shè)計人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動的見解做出明智的決策。

Cadence JedAI 的功能對于 5G 基站和 AI 加速器等不斷發(fā)展的系統(tǒng)尤其有影響，在這些系統(tǒng)中，性能優(yōu)化和嚴格的設(shè)計容差至關(guān)重要。通過利用智能自動化，Cadence 的平臺確保這些行業(yè)特定設(shè)計不僅可行，而且高效、準確地完成。

為先進封裝量身定制的解決方案

先進封裝是 3D-IC 架構(gòu)的關(guān)鍵推動因素，Cadence 支持一系列封裝技術(shù)，包括硅中介層、扇出晶圓級封裝，甚至無凸塊堆疊方法。該平臺支持創(chuàng)新的工作流程，例如硅到硅布線、溝槽電容器集成和跨芯片供電優(yōu)化。特別是對于射頻系統(tǒng)，其 Virtuoso Studio 集成工作流程通過結(jié)合 PCB 和封裝設(shè)計模擬準確結(jié)果來解決寄生引起的性能下降問題。

通過提供這些量身定制的解決方案，Cadence 重新定義了行業(yè)如何有效地設(shè)計異構(gòu)、高性能系統(tǒng)。通過消除孤立的工程流程并提供一套尖端的人工智能驅(qū)動工具，Cadence 集成 3D-IC 平臺確保自信而精確地應(yīng)對汽車、電信和人工智能市場的復雜挑戰(zhàn)。

未來之路：AI + 3D-IC = 汽車芯片的未來

3D-IC 封裝和人工智能設(shè)計的融合將重新定義汽車電子產(chǎn)品。隨著車輛變得更加智能、安全和互聯(lián)，底層芯片必須不斷發(fā)展，而 3D-IC 提供了完美的基礎(chǔ)。

但如果沒有智能 EDA 解決方案，設(shè)計復雜性可能會阻礙創(chuàng)新。好消息？人工智能正在迎接挑戰(zhàn)，為汽車芯片制造商提供加速開發(fā)、降低成本并確保關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用可靠性所需的工具。