Пекинский университет: технология логического складывания Huawei — это «истинное 3D», предыдущие методы были лишь «псевдо-3D»

Пекинский университет (北京大学) сообщил о ключевом прогрессе в области EDA-инструментов для «истинного 3D» проектирования, основанного на законе «Тао» (τ) и технологии логического складывания (Logic Folding) от Huawei. По мнению исследователей, именно этот подход является настоящим трехмерным проектированием, в то время как все предыдущие методы были лишь «псевдо-3D».

В статье, опубликованной Школой интегральных схем Пекинского университета, отмечается, что технология логического складывания от Huawei выводит проектирование чипов из 2D-плоскости на уровень 3D-реконструкции стандартных ячеек. В отличие от традиционного die-to-die стекинга, логическое складывание не просто разбивает крупные модули на несколько кристаллов для вертикального объединения. Вместо этого, еще на этапе проектирования логика внутри одного модуля детализируется до уровня стандартных ячеек, которые затем распределяются по нескольким вертикально сложенным слоям пластины. Ключевые пути при этом напрямую замыкаются через микронные/субмикронные гибридные соединения face-to-face.

Традиционный 2D-дизайн и даже современные «псевдо-3D» (pseudo-3D) процессы, при которых каждый модуль после синтеза «закрепляется» за конкретным кристаллом (die), а затем реализуется с помощью 2D EDA-инструментов, уже не способны раскрыть весь потенциал логического складывания. Чтобы по-настоящему реализовать эту технологию, физическое проектирование должно вестись в полном трехмерном пространстве. Разделение внутри модуля, межкристальные соединения и оптимизация вертикальных тепловых путей должны решаться совместно в рамках единой оптимизационной среды. Именно в этом заключается суть «истинного 3D» (true-3D) EDA-инструмента.

Различия между истинным 3D и псевдо-3D сводятся к двум основным пунктам.

Во-первых, гранулярность разделения. В псевдо-3D минимальной единицей, распределяемой по кристаллам, является целый модуль. Все стандартные ячейки внутри одного модуля обязательно находятся на одном кристалле. Истинное 3D, напротив, допускает свободное разделение внутри модуля: стандартные ячейки одного и того же модуля могут быть распределены по разным кристаллам, что значительно расширяет пространство для проектирования.

Во-вторых, пространство оптимизации. Псевдо-3D оптимизирует каждый кристалл по отдельности, во многом используя инструменты EDA для традиционных 2D-чипов, и не допускает логических преобразований или перемещений между кристаллами. Истинное 3D рассматривает все пространство, образованное несколькими кристаллами, как единое целое. Все этапы проектирования выполняются с поиском и оптимизацией в полном трехмерном пространстве, без ограничений на межкристальные логические преобразования и перемещения.

Для реализации «истинного 3D», необходимого для логического складывания, команда Пекинского университета создала прототип EDA-инструмента для физического проектирования. Он охватывает этапы планирования размещения (floorplanning) и размещения (placement) и поддерживает работу с десятками миллионов экземпляров благодаря ускорению на GPU.

На техническом уровне этот инструмент объединяет в единую дифференцируемую оптимизационную рамку такие параметры, как длина межкристальных соединений, количество гибридных связей (bonding terminals) и вертикальные тепловые пути. Это позволяет стандартным ячейкам размещаться совместно в трехмерном пространстве, а не быть заранее закрепленными за конкретным кристаллом. Количество гибридных связей определяется автоматически как оптимизируемая переменная, что позволяет достичь баланса между длиной соединений и затратами на межкристальные связи.

В статье подчеркивается, что логическое складывание вывело на первый план «истинную проблему» в области EDA для 3D, которая долгое время оставалась без внимания: минимальной единицей физической реализации больше не является «кристалл» (die), а «положение стандартной ячейки в трехмерном пространстве».

Пекинский университет заявил о намерении продолжать инвестиции в это направление и совместно с промышленностью строить инфраструктуру для проектирования 3D-IC следующего поколения.

“赝3D（pseudo-3D）”流程 （上图）vs “真3D（true-3D）”流程（下图）：模块级划分 vs 模块内划分