重新定义动力输送网络

可靠地供电约一个包包含多个死了,可能来自多个来源,或在不同的技术实现,变得更加困难。

所需的工具和以优化的方式做到这一点并非都是今天。然而,这个行业有信心,我们能到达那里。

一个死,问题已经慢慢地随着时间的推移。“一个死了,功率输出问题并没有改变在过去10年或20年,”加里说对啊,高级研发经理设计小组Synopsys对此。“我们使用相同的交付方法,模具变大时,我仍然可以使用相同的机制,分析了一样。我可以使用相同的算法。我可以使用相同的方法。”

不过,重点是改变。“我们努力设计性能和效率,和过多的是一个至关重要的问题,”詹姆斯·迈尔斯说,杰出的工程师手臂。“静态利润不再是可行的,我们需要避免创建大型电力系统电压峰值和适应不可避免的会枯萎。”

这是增加密度的结果在一个死亡和困难继续扩展。“如果你看看单个单片死,变得如此之大,它的分划板的限制,“Ankur Gupta,高级产品管理主管有限元分析软件。“因为我们撞击x, y马克斯区域我们可以占领,有推动z方向。正在我们multi-die。即使你看一个死,我们已经超越利差为最坏的情况下,无论是静态IR降,或动态红外下降,甚至电压时间的影响。7海里5 nm,展望未来3海里,你不能做任何坏的旖旎了。”

这将导致在几个领域扩张的问题。”其中一个领域,我们看到更多的处理问题,是这些系统的热力和机械完整性,”吉姆•机会说电子产品经理Ansys。“这是因为你有不同的堆栈死了,不同的材料,和动态变化的功耗和动态热地图的不同地区的模具装配系统”。

另一个问题领域是配电。“你需要力量从底部到顶部死去,和只有一个办法,”说Synopsys对此“对啊。“你必须使用在矽通过(tsv),他们是已知电阻。如果你没有足够的人,那么你会得到一个权力问题。发送功率通过模具到达最终的目的地,它会消耗,将变得更加困难进一步堆栈。”

缺乏别针是另一个问题。“即使是现在,复杂soc有多个电压域,它是非常困难的在应用董事会将电压SoC,”安迪Heinig说,组长为先进的系统集成和部门主管有效的电子产品弗劳恩霍夫IIS的自适应系统的工程部门。“如果我们有不止一个这样的SoC,加上一些chiplets,它看起来好像增加了复杂性。”

也许最大的问题是热。”结束Dennard扩展,更多的力量涌入每平方毫米硅,和每一个新的finFET节点只是增加,”理查德·McPartland说技术营销经理Moortec。“当前水平容易陷入数万,甚至数百安培,而核心电压下降——现在远低于1伏特。结合2.5 d和3 d包装,其中最系统、最坏的设想的负载可能不同于硅团队,和一个可以开始掌握周围的完美风暴配电网络的最新一代出类拔萃。”

但是没有引起恐慌。“好东西是什么坏了,”Jerry赵说,产品管理总监节奏。“没有什么是完全失控。人们仍然可以使用现有的解决方案,我们可以逐步改善处理问题。过去,IC的人没有跟包装或董事会的人,但是现在他们需要。我们在集成电路级实现工具,在系统级,你可以使用那些把所有这一切放在一起。”

然而,这些变化使得优化问题很多困难。

功率控制
重大进展在过去的几年中发生时控制权力在一个死,但如何转化为多个死去?“你可以想象一个芯片可能是1.2伏,另一个更高级的节点上芯片,可以0.85伏特,“节奏的赵说。“你哪来那些电压和如何使他们稳定?你可能已经从董事会off-package技术供应电压和死亡,保持一定的电压稳压器。”

但功率控制表现在哪里?“很少使用一个逻辑死断电其他硅,”说对啊。“我不会说这是不可能的,但可能是相当罕见的。在效率方面,它也不好。”

Ansys的古普塔表示同意。“我们继续看到独立电源控制每个死去。针的数量并没有改变。事实上,当你看看堆积,成为你的弱点是什么点的连接。我的边界点已经改变了。tsv代表包针在一个堆死的环境。你必须供电——不同类型的权力——通过这些tsv。我仍然有相同的分析挑战确保完整性得到维护。”

如果功率控制集中,它很可能通过数据信号。“权力已经到达最后,或接近最终的目的地,你需要关闭它,“易普补充道。“那你看到功率控制晶体管关闭它。这似乎是相当经典2 d相比。”

人们正在看一些安排。“这几乎是一个微缩版的,”丽塔霍纳说,高级产品营销经理Synopsys对此的设计团队。“你可能需要多个供应的设备,然后利用监管机构连接多个一起供应和控制它们。有些人正在谈论集成稳压器在相同的包中。每一个独立电源领域的治疗。”

但这可能会导致浪费。“一个大问题是没有电子格式,描述了如果两个领域可以由芯片上的监管机构或在什么条件下,“说弗劳恩霍夫Heinig。”因此,系统设计师可能是连接每个域和一个独立的监管机构。监管机构无法完成的重用。这也意味着在chiplet域的数量爆炸式增长。”

分析就够了吗?“好仿真工具,这些会告诉你什么IR和Ldi / dt应该下降,但不一定是他们实际上是什么,“Moortec的McPartland说。“出于这个原因,包括电压监视和测量VDD-VSS直接在关键电路块,如图1所示,对检查中配电网络芯片都是非常宝贵的提出和优化。”

图1:芯片监控子系统提供了可见性的芯片上的条件。来源:Moortec

然而,这并不总是正确的答案。“芯片或芯片监控监管机构是一个好主意,只要芯片不是设计7海里或更小,”弗劳恩霍夫的Heinig说。“在这样的技术,很难设计一个芯片上的电压调节器。”

新的挑战chiplets
如果3 d-ic技术延伸到包括chiplets,额外的表面问题。“你会从制造商获得什么样的信息呢?”克里斯·奥尔蒂斯问校长在Ansys应用工程师。“有些供应商可能提供很少的信息。也许,在体系结构上,当你把这个在一起,你可能只有一个黄金价值或模糊值误差,当你经过验证,你看着最好和最差的情况。”

有很多开放的问题。“如果不是由你,那么你必须符合规范的电力供应,”说对啊。“如果这是一个不是由你死去,那么你将不会使用它作为发送功率的中介给其他人。chiplet类型,他们可能只会消耗力量。”

问题是,你不能避免系统的各个部分之间的耦合。“电力领域,无论他们独立的权力领域,总是以特定的方式耦合,”赵说。“例如,他们可以共享相同的地销。”

但有一个更大的耦合——热。“热对功率输出有一个非常坏的影响,”说对啊。“其中一个问题电迁移。如果你增加温度,电迁移可能会非常糟糕,你的平均无故障时间超出规范。这些都是复杂的问题。人们分析这个一个死,但现在它变得更加复杂。电感也会影响功率输出的影响。”

所以chiplets需要详细的热模型。“你不是将会得到大量的信息的热容和热性能chiplet,”警告Ansys的奥尔蒂斯。“你将不得不做出估计红外下降可能是什么样的,什么是喜欢,温度如何影响整体的力量,以及它将如何影响各种寄生。你需要最坏,并验证,至少在某种程度上它是符合你想做什么。”

如果这听起来像一个回归,它是。“生产的,你需要有一些优势,如果电压下降,它仍然可以函数死,”赵说。“这不是multi-die时代的改变,人们仍然会这样做。但这留下了一个大问题多少性能我离开在桌子上。我们正在寻找方法迭代multi-die水平。我们如何做的路由?你将如何使这两个模之间的联系,和路由层上的电压降,我增加了外面的死吗?”

改善分析
优化这一问题的唯一方法就是通过更好的分析。“当你进入2.5 d和3 d-ic先进的包装系统,扩大电网各个部分,包括插入器说:“Ansys的机会。“你需要扩大分析能力考虑这些。有更多的相互依赖关系,发挥作用。最大的一个领域是multi-physics方面不仅涉及功率输出和功耗,而且热与机械和相互依赖关系。”

你不能做单独分析。“你必须看整个事情从包中,然后你看看堆积,你看看插入器或基地,然后你需要分析整件事情,”说对啊。“很难说如果我分析每一个模具,然后为每一个死我假设一个理想的电力供应来自未来死当你穿过死堆栈。你要分析整个系统。我需要知道IR降,经历这些多模的堆栈。我需要知道IR降硅插入器上的每一个芯片,包括硅插入器本身。把经典的二维红外下降问题扩展到多模3 d,包括包。”

这需要一个重新思考chiplets所需的信息。“当看着异构集成,用户在设计这些包可能没有所有的细节关于每一个死,“Synopsys对此“霍纳说。“运行一切的实用性平是不可能的。需要的不只是时间,但还缺乏信息。这就是为什么你需要收集足够的信息从每个死,能做多模功率分析。”

模型是至关重要的。“你在芯片级IPs, IP提供商可能不给你完整的描述,“赵警告说。“你需要一个模型。chiplet和相同的。如果你提供一个chiplet, chiplet需要分析它的用户。他们没有能力去改变chiplet,但是他们想要分析的总影响multi-die包系统。建模可以热模型,或者你可以有一个死去的电分析模型,该模型可用于其他系统中死去。”

我们要看需求来自内部chiplets而设计的。“我们今天做的是创建高保真模型、“古普塔说。“如果你是一个包装设计师,负责观察插入器,或者是提供给你一个死于第三方,死亡可以在模型及其相关权力。然后把它不仅仅是权力模型扩展到热,信号完整性模型。如果你是一个黑盒子,别人提供给你,你仍然需要一个高保真模型,这样你可以有一个窥视的核心设计没有完全拥有设计。这是表的股份。”

不可能对所有模型保真度。“他们可以分析一个死,现在正在设计,”赵说。“这可能是他们的核心技术能力。但他们有其他模具,他们买了一些其他来源或设计在上一代,和他们想要重用。这些可能不是在同一详细分析了死你设计水平。他们可能会产生例如死模型或热模型对整个系统进行热分析时。”

将分层
分析工具就像什么?“任何EDA工具,试图multi-die系统,压平,然后用单模拉算法可能行不通,”说对啊。“我们不会这样做。我们是真正分析multi-die方式。你不能再现它到一个二维问题,然后解决一个更大的2 d问题。那不是要工作。”

其他人也同意。“理想情况下,人们都想做平的,因为这是精度从哪里来,”赵说。“在现实中,分层流是唯一的解决方案,因为你没有那么多机电力运行模拟的大小。所以一路上人开发的模型,网格模型、热模型,我们也有模具模型。人们倾向于使用这些东西,但我们只是提高它,确保它可以支持你想要的精度水平。”

这是一个优化问题。“如果你想挑战它有三个坐标轴,准确性,能力,和内存占用,“古普塔说。“这就是它总是归结。我们已经开发出一种大数据计算平台允许我们处理这些大系统和并行分析,或基于模型的分析,做multi-physics分析——无论是电力、热或芯片上的电磁学,电磁学的方法系统。可是这些都是很难的问题,有很多的计算时间,提供正确、高度准确的答案。”

持续的创新
今天不是一个完全解决问题。“这不仅是一个非常热门的话题在产品设计中,而且在学术和工业研究组织,因为我们知道它变得更难3 d-ic”手臂的迈尔斯说。“这涵盖了从快速分析流控制算法和分布式时钟电路和监管。甚至有一个技术方面,等比例助推器埋权力rails提供潜在改善IR降大,同时释放后端路由资源。”

设计技术可能的发展,但是用户需要分析解决方案。“如果你看看EDA行业,我们有一个记录识别这些挑战与合作伙伴公司合作,早期采用者和关键的公司很快在某一方向移动,然后合作紧密,“古普塔说。“首先,我们与客户做这个,然后在EDA公司。只有这样,我们才能看看标准应该引入社区,使这些工作流顺利在第三方数据交换。去那里,首先需要构建一个非常光滑的工作流处理合作伙伴和客户。”

有一件事是肯定的——抽象是至关重要的。“当你得到越来越多的芯片,如果你不抽象,那么你已经有了一个能力的问题,”说对啊。“这个行业走向抽象。然而,由于这是一个新问题,没有标准化,甚至今天普遍做法。大家会看不同的方法抽象。”

结论
功率输出网络可能不是最性感的芯片或包的一部分,但他们对其正确运行至关重要。随着功能变得分类,新技术将会发展为配电和控制。EDA行业尽了自己最大的努力,以确保权力问题不要停止行业向前发展,但是今天有很多领域的不确定性,可能使技术,像chiplets,等到这些问题都可以解决。

没有正确的模型被确定,额外费用的保证金要求可以吃到他们提供的优势。

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