台积电的 3Dblox 2.0 标志着先进芯片模块设计标准化的转折点

半导体行业正经历一场根本性的变革，台积电刚刚又迈出了一步，可能会重塑下一代芯片的设计方式。在2023年OIP生态系统论坛上，该公司推出了3Dblox 2.0，这是一个升级版的开放标准，简化了3D集成电路(3D IC)架构规划——它已经在AMD、Micron、三星存储和SK海力士等主要企业中开始获得关注。

为什么3Dblox 2.0很重要：打破3D设计瓶颈

多年来，设计3D堆叠芯片一直是一个复杂的难题。工程师必须在多个层面上协调电源分配、热管理和物理约束，通常使用彼此不通信的孤立工具。3Dblox 2.0改变了这个根本性的问题。

新标准实现了以前不可能的事情：设计师现在可以在一个集成环境中探索3D架构、定义电源域、构建物理布局以及模拟热和电源行为。可以把它想象成为芯片架构师提供了一个统一的指挥中心，而不是分散的控制室。这种“整体环境”方法极大地加快了从最初概念到最终硅片的过程。

效率提升是显著的。通过在详细设计之前进行早期的电源和热可行性研究，企业可以提前发现问题，否则这些问题可能在开发几个月后才浮出水面。芯片片上镜像功能的引入进一步提升了生产力，使得设计可以在多个实例之间重复使用。

生态系统逐步成型：21个合作伙伴且持续增长

台积电并非孤军奋战。3DFabric联盟目前由21个行业合作伙伴组成，协调整个半导体制造链。这个合作框架已发展成为一个涵盖存储、基板、测试、制造和封装集成的全栈解决方案提供商。

存储合作部分尤其显示了行业的发展方向。为了满足生成式AI和大型语言模型的“贪婪”需求，台积电加强了与Micron、三星存储和SK海力士在HBM3和HBM3e存储技术上的合作。这些高带宽存储解决方案不是奢侈品——它们是AI系统所必需的，要求既有庞大的容量又有高速吞吐。

同样重要的是基板创新。台积电与IBIDEN和UMTC合作，定义了标准化的基板设计文件，实现自动布线——这一举措旨在提高10倍的生产效率。当你需要协调数千个芯片片在3D堆叠中的互连时，自动化的设计制造（DFM）工具变得至关重要。

无人谈及的测试挑战

一个常被忽视的方面是测试。随着芯片变得三维化，传统的测试方法逐渐失效。如何验证埋藏在两三层深的芯片片是否正常工作？台积电一直与Advantest和Teradyne这两家自动测试设备（ATE）巨头合作，开发利用功能接口进行高速堆叠测试的解决方案。早期演示旨在在测试阶段实现另外10倍的生产力提升。

这非常重要，因为在3D配置中，良率损失可能是灾难性的——缺陷不仅仅是制造问题，堆叠后发现缺陷的成本会呈指数级上升。

EDA生态系统的响应

除了台积电的内部努力外，公司还成立了3Dblox委员会，作为一个独立的标准机构，吸引了Ansys、Cadence、Siemens和Synopsys等参与。该委员会设有十个技术工作组，不断提出规范改进，确保EDA工具的互操作性。目标雄心勃勃：创建一个厂商无关的标准，让设计师可以无障碍地结合任何制造商的芯片片，而不影响架构。

设计师现在可以公开获取最新的3Dblox规范，EDA厂商也在积极开发工具实现，使这一标准变得实用而非理论。

这对AI及未来意味着什么

直接的应用场景显而易见。AMD利用台积电的先进3D封装技术，为其MI300加速器实现了行业领先的性能和存储带宽，满足AI工作负载的需求。但其影响远不止于此。高性能计算（HPC）系统、处理日益复杂AI推理的移动处理器，以及数据中心基础设施，都依赖于高效堆叠异构芯片片的能力。

通过标准化3D IC设计（借助3Dblox）和协调制造（通过3DFabric联盟），台积电不仅提升了设计生产力，还打破了过去限制企业在性能、能效和上市时间之间的选择的架构约束。

更宏观的视角：从创新障碍到创新加速器

这也呼应了台积电15年前推出开放创新平台（OIP）的初衷。公司设计与技术平台副总裁兼研究员L.C. Lu博士明确指出：随着行业接受3D IC思维，合作变得比以往任何时候都更为关键。

台积电运营的生态系统规模惊人——拥有70,000多个IP授权、46,000多个技术文件，以及超过3,300个工艺设计套件，涵盖从0.5微米到2纳米节点。仅2022年，公司就为532个客户部署了288种不同的工艺技术。这一切的规模得以实现，归功于标准化和合作。

3Dblox 2.0和不断扩展的3DFabric联盟代表了下一步演变：将潜在的瓶颈转变为通道，使先进半导体创新不仅惠及资源丰富的巨头，也惠及更广泛的生态系统。无论你是在设计AI加速器、系统芯片（SoC）还是下一代移动处理器，访问台积电3D能力的障碍都在被系统性拆除。