台積電的 3Dblox 2.0 標誌著先進晶片模組設計標準化的轉折點

半導體產業正經歷一場根本性的轉變，台積電剛剛又邁出一步，可能重塑下一代晶片的設計方式。在2023年OIP生態系論壇上，該公司推出了3Dblox 2.0，一個升級版的開放標準，簡化了3D積體電路(3D IC)架構規劃——並且已經在AMD、Micron、Samsung Memory和SK hynix等主要廠商中開始獲得關注。

為何3Dblox 2.0重要：打破3D設計瓶頸

多年來，設計3D堆疊晶片一直是個充滿複雜性的噩夢。工程師必須在多層之間協調電力分配、熱管理和物理限制，常常使用彼此不通的孤立工具。3Dblox 2.0改變了這個根本問題。

新標準實現了以前不可能的事情：設計師現在可以探索3D架構、定義電源域、構建物理佈局，並在單一整合環境中模擬熱與電力行為。可以將其想像成為晶片架構師提供一個統一的指揮中心，而非分散的控制室。這種“整體環境”方法大幅加快從最初概念到最終晶片的開發流程。

效率提升非常顯著。透過在詳細設計前進行早期的電力與熱可行性研究，企業能提前發現問題，避免在開發數月後才浮現的缺陷。晶粒鏡像（chiplet mirroring）功能進一步提升生產力，允許在多個實例中重複使用設計。

生態系逐步成形：21家合作夥伴且持續擴展

台積電並非孤軍奮戰。3DFabric聯盟目前已經有21家產業合作夥伴，協調整個半導體製造鏈。這個合作框架已經演變成一個涵蓋記憶體、基板、測試、製造與封裝整合的全方位解決方案供應商。

記憶體合作部分尤其顯示產業的未來方向。為滿足生成式AI和大型語言模型的無盡需求，台積電加強了與Micron、Samsung Memory和SK hynix在HBM3與HBM3e記憶體技術上的合作。這些高帶寬記憶體方案不僅是奢侈品——它們是AI系統所需的前提，因為這些系統要求巨大的容量與吞吐量。

同樣重要的是基板創新。台積電與IBIDEN和UMTC合作，定義了標準化的基板設計檔案，實現自動佈線——這一舉措旨在提升10倍的生產力。當你要協調數千個在3D堆疊中的晶粒間的互連時，自動化的設計與製造（DFM）工具變得不可或缺。

沒有人談論的測試挑戰

一個常被忽視的層面是測試。隨著晶片變得三維化，傳統的測試方法逐漸失效。如何驗證埋藏在兩層或三層深的晶粒是否正常運作？台積電一直與Advantest和Teradyne這些自動測試設備（ATE）巨頭合作，開發利用功能介面進行高速堆疊測試的解決方案。早期示範旨在在測試階段再提升10倍的生產力。

這很重要，因為在3D配置中，良率損失可能是災難性的——缺陷不僅是製造問題，堆疊後的缺陷更是以指數方式昂貴。

EDA生態系的回應

除了台積電的內部努力外，該公司成立了3Dblox委員會，作為一個獨立的標準制定機構，並吸引Ansys、Cadence、Siemens和Synopsys等公司參與。這個委員會運作十個技術工作組，不斷提出規格改進，並確保EDA工具的互通性。目標雄心勃勃：建立一個廠商中立的標準，讓設計師能夠結合任何廠商的晶粒，無需妥協架構。

設計師現在可以公開存取最新的3Dblox規範，並且EDA廠商積極開發工具實現，使這一標準變得實用而非理論。

這對AI及其他領域的意義

立即的應用非常明顯。AMD利用台積電的先進3D封裝技術，打造了MI300加速器，在AI工作負載中取得了行業領先的性能與記憶體帶寬。但其影響範圍更為廣泛。高性能運算（HPC）系統、處理日益複雜AI推理的行動處理器，以及資料中心基礎設施，都依賴於高效堆疊異構晶粒的能力。

透過標準化3D IC設計（3Dblox）與協調製造（3DFabric聯盟），台積電不僅提升了設計生產力，更消除了過去迫使企業在性能、能效與上市時間之間做出取捨的架構限制。

更宏觀的視角：從創新障礙到創新加速器

這也呼應台積電15年前推出的開放創新平台（OIP）的初衷。公司設計與技術平台副總裁兼研究員呂L.C.博士明確指出：隨著產業接受3D IC思維，合作變得比以往更為重要。

台積電運營的生態系範圍驚人——擁有超過70,000個IP授權、超過46,000個技術檔案，以及超過3,300個從0.5微米到2奈米的製程設計套件。僅2022年，該公司就為532個客戶部署了288種不同的製程技術。這樣的規模之所以能運作，靠的正是標準化與合作。

3Dblox 2.0與擴展中的3DFabric聯盟代表著下一個進化：將潛在的瓶頸轉化為通路，讓先進半導體創新不再只屬於資源豐富的巨頭，也能惠及更廣泛的生態系。無論你是在設計AI加速器、系統單晶片（SoC）解決方案，或是下一代行動處理器，台積電的3D能力正逐步打破進入門檻。