Mentor Graphics近日發布一份題為《三維集成電路係統的電網分析》的研究報告。中文版的報告全文可在 Mentor Graphics 的官方網站閱讀和下載：[ http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=229 ]。 

 

 

圖1：作者--明導 Calibre 設計解決方案新市場與新興市場產品營銷經理 Christen Decoin 

 

 

Christen Decoin 是明導 Calibre 設計解決方案新市場與新興市場產品營銷經理，負責推動早期新市場分析
、產品定義以及產品推出。Christen 先前曾負責明導參與專注於寄生電感
、三維集成電路以及高頻提取的 DeCADE Nano2013 計劃。加盟明導之前，Christen 曾擔任 Sagantec 應用工程總監以及 Brion Technologies 的可製造性設計(DFM)、光學臨近效應修正(OPC)和光學臨近效應修正(OPC)驗證的高級產品營銷經理。 

 

在zai高gao級ji節jie點dian
，有you效xiao的de電dian網wang分fen析xi是shi確que保bao小xiao尺chi寸cun連lian接jie器qi可ke以yi處chu理li電dian流liu需xu求qiu，而er不bu會hui造zao成cheng潛qian在zai失shi效xiao模mo式shi或huo信xin號hao完wan整zheng性xing問wen題ti的de關guan鍵jian。現xian有you的de電dian網wang分fen析xi工gong具ju需xu要yao按an照zhao2.5維和三維設計進行拓展和增強，從而滿足新的需求和使用模式。本文介紹了一些必要的改進。 

 

 

在三維集成電路係統中，幾個晶粒共享相同的網絡供電。電網分析 (PGA) 工具必須同時分析所有晶粒，因為一個晶粒的電壓降可能直接與另一個相關聯。此外
，電網分析解決方案必須支持各種2.5維/三維晶粒配置 -- 包括布局、定向和堆疊順序 -- 以及晶粒內部連接器模型。 

 

一個係統中的每個晶粒可能已經按照其應用和需求采用了不同的工藝節點。一個係統可能包含 40nm 和 28nm 設計的晶粒以及 65nm 設計的基板夾層(interposer)。增量技術文件定義和校準在這個使用案例中發揮了重要作用，因為終端用戶隻需校準與2.5維/三維整合相關的新堆疊定義部分，而不用重新校準整個堆疊。 

 

2.5維/三維流程的電網分析工具還必須考慮垂直整合所需的更多“對象”
，如背麵凸塊(microbumps)和背麵金屬層（圖1）。三維結構中的背麵金屬層呈45度角
，而不是正麵金屬層常用的90度
，這將對功率分析模型產生影響。對於全三維係統，電網分析工具需要給正麵和背麵金屬之間的矽穿孔(TSV)定義準確的模型
，而對於2.5維係統，電網分析工具必須能夠模擬隻包含金屬（下麵沒有器件）的鈍化基板夾層(interposer)。 

 

 

考慮到2.5維和三維係統的常規尺寸以及需要整合第三方晶粒，電網分析解決方案必須能夠以三種不同的模式運行。

 

●基於功率模型的電網分析模式 -- 在基於功率模型的模式中，每個晶粒表現為緊湊的功率模型

，電網分析工具使用這些模型及其連接分析整個2.5維/三(san)維(wei)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)。這(zhe)種(zhong)模(mo)式(shi)運(yun)行(xing)相(xiang)當(dang)快(kuai)，提(ti)供(gong)了(le)高(gao)水(shui)平(ping)的(de)係(xi)統(tong)電(dian)網(wang)分(fen)析(xi)，但(dan)是(shi)它(ta)僅(jin)限(xian)於(yu)檢(jian)測(ce)晶(jing)粒(li)內(nei)連(lian)接(jie)問(wen)題(ti)。由(you)於(yu)功(gong)率(lv)模(mo)型(xing)是(shi)為(wei)了(le)特(te)定(ding)技(ji)術(shu)節(jie)點(dian)角(jiao)而(er)創(chuang)建(jian)，一(yi)個(ge)電(dian)網(wang)分(fen)析(xi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)不(bu)同(tong)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)不(bu)同(tong)緊(jin)湊(cou)功(gong)率(lv)模(mo)型(xing)。例(li)如(ru)
，1.2V 條件下90nm 晶粒模型和1.0V 條件下 65nm 的晶粒模型組合在一起的情況。 

 

●全2.5維/三維電網分析模式 -- 終(zhong)端(duan)用(yong)戶(hu)希(xi)望(wang)分(fen)析(xi)特(te)定(ding)多(duo)晶(jing)粒(li)網(wang)的(de)電(dian)壓(ya)降(jiang)，但(dan)是(shi)算(suan)起(qi)來(lai)代(dai)價(jia)十(shi)分(fen)高(gao)昂(ang)。為(wei)了(le)支(zhi)持(chi)這(zhe)個(ge)模(mo)式(shi)，電(dian)網(wang)分(fen)析(xi)工(gong)具(ju)的(de)容(rong)量(liang)和(he)周(zhou)轉(zhuan)時(shi)間(jian)必(bi)須(xu)比(bi)現(xian)有(you)工(gong)具(ju)好(hao)幾(ji)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。 

 

●混合電網分析模式 -- 混(hun)合(he)模(mo)式(shi)受(shou)到(dao)分(fen)析(xi)第(di)三(san)方(fang)晶(jing)粒(li)整(zheng)合(he)需(xu)求(qiu)的(de)推(tui)動(dong)。它(ta)支(zhi)持(chi)一(yi)係(xi)列(lie)混(hun)合(he)的(de)緊(jin)湊(cou)型(xing)功(gong)率(lv)模(mo)型(xing)和(he)晶(jing)粒(li)，在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)第(di)三(san)方(fang)晶(jing)粒(li)僅(jin)表(biao)現(xian)為(wei)緊(jin)湊(cou)模(mo)型(xing)，用(yong)於(yu)整(zheng)合(he)進(jin)係(xi)統(tong)電(dian)網(wang)分(fen)析(xi)。 

 

 

圖2：三維集成電路堆棧的電網分析需要三維整合對象模型，如背麵凸點和金屬層 

 

 

為了盡早
、高效地檢測
、診斷和糾正電網問題，設計人員應該在布圖規劃
、時鍾樹綜合後以及電路實現後階段進行電網分析。為了提供有意義的分析，必須考慮到係統在既定晶粒（如其它晶粒、基板夾層(interposer)
、三維集成電路整合對象等等）上的效果，用戶應該能夠輕鬆分析係統相互作用。一個既定堆疊內的多幀功能和晶粒間瀏覽使用戶能夠高效地審查、診(zhen)斷(duan)和(he)排(pai)除(chu)電(dian)網(wang)問(wen)題(ti)。盡(jin)管(guan)這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)需(xu)要(yao)工(gong)具(ju)擁(yong)有(you)明(ming)顯(xian)較(jiao)大(da)的(de)數(shu)據(ju)容(rong)量(liang)和(he)更(geng)快(kuai)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)，但(dan)是(shi)它(ta)們(men)對(dui)於(yu)調(tiao)試(shi)動(dong)態(tai)的(de)電(dian)網(wang)分(fen)析(xi)運(yun)行(xing)特(te)別(bie)重(zhong)要(yao)。 

 

 

一個電網分析解決方案產生一個全係統功率模型，可用於包裝/電路板電源完整性分析。進行部分模型創建的能力對於支持第三方 IP 整合來說也非常重要。例如，如果一個供應商分析一個基板夾層(interposer)上的一個將由客戶連接至另一個晶粒的晶粒
，那麼這個供應商需要為第一個晶粒提供功率模型，還要為基板夾層(interposer)提供寄生網表。 

 

 

當今的電網分析工具提供的功能遠遠無法滿足2.5維/三維集成電路的電網分析需要。功率是2.5維/三維集成電路物理實現中最大的挑戰之一
，由此產生的問題無法僅在寄存器傳輸級 (RTL) 得到解決。為了使半導體行業完全支持除2.5維以外的三維整合、存儲器堆疊以及廣泛的 IO yingyong，dianwangfenxijiejuefanganbixujiejuebenwentaolundexuqiu，youqishiruguomubiaoshiweiyongyoujuyouqiangdadeduojinglidianwangbutuguihuanenglidezhenzhengsanweijichengdianluzhengheliucheng。