TSMC's 3Dblox 2.0 ознаменовує поворотний момент у стандартизації передового дизайну чіплетів

Індустрія напівпровідників зазнає фундаментальної трансформації, і TSMC щойно зробила ще один хід у шахівниці, який може змінити спосіб проектування чіпів наступного покоління. На Форумі екосистеми OIP 2023 року компанія представила 3Dblox 2.0 — оновлений відкритий стандарт, що спрощує планування архітектури 3D інтегрованих схем (3D IC) — і вже набирає популярності серед таких гравців, як AMD, Micron, Samsung Memory та SK hynix.

Чому 3Dblox 2.0 важливий: подолання вузького місця у 3D-дизайні

Багато років проектування 3D-стаканих чіпів було справжнім кошмаром через складність. Інженери мусили балансувати між розподілом енергії, тепловим управлінням і фізичними обмеженнями на кількох рівнях, часто використовуючи ізольовані інструменти, які не взаємодіяли між собою. 3Dblox 2.0 змінює цю фундаментальну проблему.

Новий стандарт дозволяє зробити те, що раніше було неможливим: дизайнери тепер можуть досліджувати 3D-архітектури, визначати області живлення, створювати фізичні макети та моделювати теплові й енергетичні характеристики — все в одному інтегрованому середовищі. Уявіть це як єдину командну станцію для архітекторів чіпів замість розкиданих контрольних кімнат. Такий підхід «цілісного середовища» значно прискорює перехід від початкової ідеї до кінцевого кремнію.

Значні показники ефективності. Завдяки можливості ранніх досліджень щодо живлення та теплової безпеки перед детальним проектуванням, компанії можуть виявляти проблеми ще на початкових етапах, що інакше з’явилися б через місяці. Функції дзеркалювання чіплетів ще більше підвищують продуктивність, дозволяючи повторне використання дизайну для кількох інстанцій.

Формування екосистеми: 21 партнер і зростання

TSMC не створює це ізольовано. Альянс 3DFabric тепер налічує 21 галузевого партнера, що координують усі етапи виробництва напівпровідників. Що починалося як рамкова співпраця, перетворилося на повноцінного постачальника рішень, що охоплює пам’ять, підкладки, тестування, виробництво та інтеграцію пакування.

Особливо важливою є співпраця у сфері пам’яті. Щоб задовольнити ненаситний попит генеративного ШІ та великих мовних моделей, TSMC активізувала партнерства з Micron, Samsung Memory і SK hynix щодо технологій пам’яті HBM3 і HBM3e. Ці високопропускні рішення пам’яті — не розкіш, а необхідність для систем ШІ, що вимагають величезної ємності та пропускної здатності.

Не менш важливі інновації у підкладках. Співпрацюючи з IBIDEN і UMTC, TSMC визначила стандартизовані файли дизайну підкладок, що дозволяють автоматичне маршрутизацію — крок, спрямований на 10-кратне підвищення продуктивності. Коли потрібно координувати тисячі з’єднань між чіплетами, зібраними у 3D-структури, автоматизовані інструменти проектування для виробництва (DFM) стають незамінними.

Виклик тестування, про який ніхто не говорить

Один із часто ігнорованих аспектів — тестування. Оскільки чіпи стають тривимірними, традиційні методи тестування руйнуються. Як перевірити, що чіплет, захований у кількох шарах, працює правильно? TSMC співпрацює з Advantest і Teradyne, гігантами автоматизованого тестового обладнання (ATE), щоб розробити рішення, що використовують функціональні інтерфейси для швидкого тестування стеків. Ранні демонстрації прагнуть досягти ще 10-кратного підвищення продуктивності на етапі тестування.

Це важливо, оскільки втрати виходу у 3D-конфігураціях можуть бути катастрофічними — дефекти не просто проблеми виробництва, а коштують у рази дорожче, якщо їх виявити після складання.

Реакція екосистеми EDA

Крім внутрішніх зусиль TSMC, компанія створила Комітет 3Dblox як незалежний стандартний орган, у якому беруть участь Ansys, Cadence, Siemens і Synopsys. Цей комітет має десять технічних робочих груп, що постійно пропонують оновлення специфікацій і забезпечують сумісність інструментів EDA. Амбіція — створити стандарт, незалежний від постачальника, що дозволить дизайнерам поєднувати чіплети будь-якого виробника без архітектурних компромісів.

Тепер дизайнери мають доступ до останніх публічних специфікацій 3Dblox, а постачальники EDA активно розробляють інструменти, що роблять цей стандарт практичним, а не теоретичним.

Що це означає для ШІ та не тільки

Найочевидніше застосування — це AMD, яка використала передову 3D-пакувальну технологію TSMC для своїх прискорювачів MI300, досягнувши провідних у галузі показників продуктивності та пропускної здатності пам’яті для задач ШІ. Але наслідки поширюються і далі. Високопродуктивні обчислювальні системи (HPC), мобільні процесори, що обробляють все складніший ШІ, та інфраструктура дата-центрів — все це залежить від можливості ефективно складати різнорідні чіплети.

Стандартизація проектування 3D-IC через 3Dblox і координація виробництва через альянс 3DFabric дозволяють TSMC не лише підвищити продуктивність проектування, а й усунути архітектурні обмеження, які раніше змушували компанії обирати між продуктивністю, енергоефективністю та швидкістю виходу на ринок.

Більша картина: від бар’єрів інновацій до прискорювачів інновацій

Це відображає причину запуску TSMC платформи відкритих інновацій (OIP) 15 років тому. Доктор Л.С. Лу, співробла і віце-президент платформи проектування та технологій компанії, чітко сформулював: з розвитком 3D-інтеграції співпраця стала ще важливішою, а не менш.

TSMC керує екосистемою неймовірного масштабу — понад 70 000 IP-об’єктів, понад 46 000 технологічних файлів і понад 3 300 процесних комплектів дизайну, що охоплюють вузли від 0,5 мікрона до 2 нанометрів. Лише у 2022 році компанія впровадила 288 різних технологій для 532 клієнтів. Такий масштаб можливий лише завдяки стандартизації та співпраці.

3Dblox 2.0 і розширення альянсу 3DFabric — це наступна еволюція: перетворення потенційних вузьких місць у пропускну здатність, зробити передові напівпровідникові інновації доступними не лише великим гігантам, а й ширшому екосистемі. Чи то проектування ШІ-акселераторів, систем-on-chip або мобільних процесорів наступного покоління — перешкоди для доступу до 3D-технологій TSMC систематично руйнуються.