2023-10-27-中国计算机学会-2023集成芯片与芯粒技术白皮书_22页_2mb

集成芯片与芯粒技术白皮书总结

1. 背景与意义

集成芯片（Chiplet集成）通过将多个芯粒（Chiplet）组合，突破传统尺寸微缩的技术限制，成为提升算力的重要路径。尤其在中国缺乏EUV光刻机等关键工艺的情况下，集成芯片技术利用现有工艺降低成本，满足碎片化应用需求。

2. 定义与内涵

• 集成芯片：采用自上而下的设计方法，通过芯粒分解、组合和构造，形成高性能系统。
• 芯粒：具有特定功能的预制芯片，支持跨厂商、异构集成。
• 优势：提升算力、降低成本、增加设计灵活性，可复用模块满足多样需求。

3. 架构与设计

• 互连网络：需解决拓扑设计（固定、不规则、动态）、路由与容错问题；标准化接口协议（如UCIe、AIB）提升兼容性。
• 存储架构：采用NUMA或垂直存储扩展容量与性能。
• 供电问题：万瓦级功耗需求需多级电源架构与低功耗设计。

4. EDA与多物理场仿真

• 自动化工具：复杂设计依赖高阶EDA，需求包括芯粒分解优化、并行架构设计、多物理场耦合仿真。
• 多物理场挑战：热疲劳、电流热效应等问题需跨学科建模，模拟精度提升。

5. 工艺与制造

• 关键技术：TSV、高密度凸点键合、RDL工艺；硅基板（Interposer）翘曲控制是制造瓶颈。
• 散热：近结点微通道冷却技术推动高效热管理。

6. 挑战与机遇

• 科学问题：
  • 数学理论：芯粒分解与组合优化。
  • 可扩展架构：破解阿梅达尔定律与通信瓶颈。
  • 多物理场耦合：电热力协同仿真工具。
• 技术方向：自动化设计、光互连协议、可靠性与测试集成。

总结：集成芯片技术通过构造法突破传统路径局限，契合国产需求，未来需在EDA工具研发、互连创新、多物理仿真与国产生态构建上重点推进，以实现自主可控与高性能目标。