EDA工具重新定义3D封装

根据Yole市场数据，先进封装市场正以年复合增长率10%的速度成长，预计2027年达572亿美元。 IDTechEx更预测，Chiplet技术的市场总价值将在2035年达到4110亿美元。 然而，这场技术革命的成败关键并不在制造端，而在于能否突破设计工具的根本性限制。

Yole预测，整体先进封装市场规模将在2027年达到572亿美元

EDA工具正从幕后的辅助角色跃升为先进封装发展的决定性因素。 EDA产业地图显示，单颗AI芯片设计需要调用超过50种EDA工具，比传统芯片增加了300%。

这现象反映的是设计复杂度的几何级增长：当不同制程节点的芯片需要整合在同一封装中，当热管理和机械应力成为关键设计变量，当系统级协同优化成为必要条件时，传统EDA工具的设计逻辑已经无法应付。

西门子EDA技术经理王志宏表示：从AI技术在EDA工具中的深度整合，到系统级协同设计方法论的建立，再到平台化趋势对产业生态的重新定义，新一代EDA技术正在重构先进封装的可能性边界。

设计复杂度跃升，传统工具面临三重挑战

王志宏深入剖析了EDA工具在先进封装领域遭遇的技术瓶颈。 第一重挑战来自设计复杂度的指数级提升。 传统单芯片设计虽然复杂，但最终仍是同一制程节点的产物。 如今在2.5D、3D IC、Chiplet封装中，每个组件都是独立制程的产品，还要加上不同材质的中间层，设计路径的复杂度比过往提升了至少10倍。

chiplet从传统单一制程转换为多芯片封装，设计难度提升了至少十倍

第二重挑战源于多物理域问题的集中爆发。以前一颗芯片的热会往上散出，现在把它堆叠在一起时，上面的芯片会被挡住。此外，硅中间层与不同材质间的机械应力问题，在3D堆叠环境下变得极其复杂。热管理和机械应力已从次要考量跃升为设计成败的关键因素。

第三重挑战是验证复杂度的几何级增长。传统芯片设计的验证工具Calibre，面对跨芯片、跨材质、跨封装层级的复杂架构时，规则撰写的复杂度呈现爆炸性增长。王志宏坦言引导工程师去做这件事情的复杂度会变很高。这会直接拖慢设计周期，推高了开发成本。

Intel Ponte Vecchio GPU的成功案例印证了这些挑战的现实性。这颗集成47个不同Chiplet的处理器，从设计到量产耗时超过四年，其中EDA工具的适配和验证就占了近三分之一的时间。 这样的开发周期在AI芯片竞赛中几乎是致命的。

系统级协同设计，AI技术成突破关键

面对这些挑战，芯片设计理念正发生根本性转变：从序列设计转向并行设计。过去的方法是在最后阶段进行验证和仿真，一旦发现问题就要回头重来，迭代效率极低。新的设计概念要求设计与验证并行，在每个阶段都引入验证和模拟，确保无误后再进入下一阶段。

AI技术的深度整合正在重新定义EDA工具的能力边界。西门子最新的AI平台，用最简单的概念来解释就是懂EDA语法的ChatGPT。这个平台能够自动处理复杂的Calibre语法生成，将原本需要资深工程师数周完成的工作压缩到数小时。

热仿真工具的技术革新同样令人瞩目。早期的热仿真主要针对系统层级，如服务器或PCB模块。现在这些工具必须深入到IC层级，精确分析3D堆叠结构中每个芯片的热行为。透过芯片布局优化和散热路径设计，工程师能够在设计早期就解决热管理问题，避免后期的重大修改。

讯号完整性分析也迎来了突破。王志宏指出，因为之前都在单芯片里面做，现在会跨芯片还有跨不同的材质。 新的分析工具集成了芯片级和系统级的信号分析能力，通过实体与频率的防范技术，将信号网络分析的精度提升了30%以上。

平台化整合趋势，产业生态迎来重组

西门子EDA的平台化策略，是以Innovator 3D IC作为中控台，整合从系统技术协同优化到具体实现的全流程。 这个平台能够同时处理硅芯片、中间层、封装基板甚至PCB和BGA的优化设计。王志宏特别提到了成本效益：有时候上方的Bump稍微排列得好一点，就可以用比较少的层数，这种优化能够直接影响中间层的制造成本。

2025年2月18日，西门子与台积电的最新合作案例证明了这种平台化趋势的重要性。西门子为台积电InFO封装技术提供经认证的自动化工作流程，采用Innovator3D IC驱动的先进封装整合解决方案。

Chiplet技术的快速发展正在重新定义产业合作模式。这个庞大市场背后，EDA工具的重要性愈加凸显。 王志宏认为Chiplet的模块化优势能够大幅降低设计风险，他表示，很多常用的方式可以把它做成模块，运用这些早就已经tape out过或验证过的模块，重复利用。

王志宏预测未来五年将出现几个关键技术趋势：晶粒整合将加速发展; 高密度3D基层技术将更广泛应用; 硅光子技术将走向成熟; Chiplet将实现大规模商业化应用。 每一个趋势都需要EDA工具的深度配合和创新突破。

四大技术趋势成形，EDA产品创新势在必行

面对这场3D封装革命，中国台湾半导体产业需要在2025年下半年前完成关键布局。 因此产业界有三个方向需要重视：第一，加速培养熟悉先进封装设计的EDA人才，预计需求将在未来两年内增长300%; 第二，支持本土EDA工具商在多物理域仿真领域的技术突破，这是打破国际垄断的最佳切入点; 第三，推动产学合作建立3D封装设计的标准化流程，中国台湾有机会在这个新兴领域制定游戏规则。

当摩尔定律的传统路径逐渐走向终点，王志宏认为透过2.5D、3D IC和先进封装技术，让半导体的发展可以延续某种频率，这个曲线比较不会被传统的技术瓶颈所局限。 更重要的是，系统级优化将成为未来竞争的关键，不仅只是芯片设计的系统，还考量芯片设计完之后，它放到PCB板上，PCB板上放到服务器上，我们可以一路从芯片设计到整个系统，去做一个最完整的模拟验证。

这种全方位的系统级思维，是未来半导体产业和EDA工具发展的核心方向。