3D 封装变革：EDA 工具成关键驱动力

在半导体产业蓬勃发展的当下，全方位的系统级思维已成为未来半导体产业和 EDA 工具发展的核心方向。先进封装市场正展现出强劲的增长态势，根据 Yole 市场数据，其正以年复合增长率 10% 的速度成长，预计 2027 年将达 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。

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。如今，单颗 AI 芯片设计需要调用超过 50 种 EDA 工具，相较于传统芯片增加了 300%，这反映出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，热管理和机械应力成为关键设计变量，系统级协同优化成为必要条件时，传统 EDA 工具的设计逻辑已难以应对。

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。

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。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，如同懂 EDA 语法的 ChatGPT，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。

热仿真工具也迎来技术革新。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，通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。讯号完整性分析同样取得突破，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，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。该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，还能通过优化设计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。

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。产业界应重视三个方向：一是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%；二是支持本土 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；三是推动产学合作建立 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，通过 2.5D、3D IC 和先进封装技术，半导体的发展可以延续某种频率，避免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，不仅要考量芯片设计系统，还要考虑芯片设计完成后在 PCB 板、服务器上的整体性能，实现从芯片设计到整个系统的完整模拟验证。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。