中科院微電子所在Chiplet熱仿真工具研究方面取得新進(jìn)展

據(jù)中國(guó)科學(xué)院微電子研究所官微消息，針對(duì)高密度集成帶來(lái)的功耗顯著增加、散熱困難等技術(shù)挑戰(zhàn)，微電子所EDA中心多物理場(chǎng)仿真課題組構(gòu)建了芯粒集成三維網(wǎng)格型瞬態(tài)熱流仿真模型，能夠?qū)崿F(xiàn)Chiplet集成芯片瞬態(tài)熱流的高效精確仿真，為芯粒異構(gòu)集成溫度熱點(diǎn)檢測(cè)和溫感布局優(yōu)化奠定了核心技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，課題組在集成芯片電熱力多物理場(chǎng)仿真方面進(jìn)行布局，開展了直流壓降、熱應(yīng)力和晶圓翹曲仿真等研究工作。

圖1  各向異性熱仿真

圖2  電熱耦合仿真

近期，課題組在Chiplet熱仿真工具方面取得新進(jìn)展。通過(guò)對(duì)重布線層（RDL）、硅通孔（TSV）和凸點(diǎn)陣列進(jìn)行各向異性等效，構(gòu)建了從GDS版圖到系統(tǒng)級(jí)封裝的跨尺度各向異性熱仿真模型，在提升仿真模型精度的同時(shí)優(yōu)化了集成芯片溫度熱點(diǎn)檢測(cè)方法。同時(shí)，構(gòu)建了芯粒異構(gòu)集成電熱耦合仿真模型，支持復(fù)雜互連結(jié)構(gòu)物性參數(shù)等效，實(shí)現(xiàn)了電熱雙向耦合高效計(jì)算，可準(zhǔn)確描述集成芯片焦耳熱效應(yīng)下的溫度變化行為。

圖3 熱仿真模擬器

此外，基于以上模型和算法研究進(jìn)展，將熱仿真方法拓展至更大尺度，自主研發(fā)了晶圓級(jí)熱仿真模擬器。該模擬器能夠?yàn)樾玖．悩?gòu)集成芯片提供更大尺度的熱仿真分析，同時(shí)支持散熱器流體動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果更接近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的潛在溫度熱點(diǎn)預(yù)測(cè)，有助于優(yōu)化熱設(shè)計(jì)仿真流程。與有限元方法相比，模擬器單元數(shù)量減少了2.78倍，運(yùn)行時(shí)間減少了25.9倍，相對(duì)誤差為0.38%。目前，課題組與國(guó)內(nèi)知名企業(yè)開展了熱仿真關(guān)鍵技術(shù)合作，相關(guān)模型和算法正在進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。