从NVIDIA显卡芯片仿真说起，探索芯片设计奥秘！附芯片仿真资料

深入探索芯片设计的奥秘及其仿真技术


引言：

随着全球化地缘政治格局的变动，芯片设计领域愈发承受压力，如何面对并应对这一挑战成为全球科技industry的一大焦点。在此背景下，探索中国芯片行业的发展瓶颈、关键技术挑战以及应对策略显得尤为重要。本文将聚焦于芯片设计过程中的关键技术——芯片仿真，旨在详细分析芯片设计中所涉及的各项挑战及现代仿真技术的应用，以期推动国内芯片产业的自主创新发展。

中国芯片产业的制程难题：

中国芯片行业在高端制程领域面临核心卡瓶点，最高制程能力受限于14nm，这使得在复杂的需求如人工智能计算、大数据处理等高性能计算任务中与国外先进芯片相比处于不利地位。受限于技术封锁等领域因素，国内芯片设计和制造能力面临多重挑战，特别是在基于高性能GPU（图形处理器）的显卡芯片设计中不乏设计和制造、仿真等多方面的难点。

显卡芯片设计的复杂性：




显卡芯片作为高性能计算领域的关键组件，其设计和制造涉及多重复杂技术。先进制程、高效数据交换、散热管理、力学性能优化、信号完整性保障等都是设计过程中不可或缺的考量因素。通过系列封装和互联技术（如2.5D封装、TSV、多层HBM等）的使用，一张植入高强度计算单元和大量高带宽内存的显卡得以构建，实现高性能运转。其中，散热效率、材料选择、PCIe信号传输等细节直接关涉工艺性能与成本。

芯片仿真技术的重要性：

面对如此复杂的芯片设计流程，通过软件模型来模拟、优化芯片性能的仿真技术显得尤为重要。仿真技术不仅仅是设计流程的辅助工具，更是降低成本、加速创新、提高产品可靠性不可或缺的一环。例如：

Chiplet与3D封装仿真：利用interposer和多层封装技术实现模块化芯片设计（Chiplet）和3D封装。通过精细分析散热、应力及信号完整性问题，仿真软件能够为设计人员提供关于多层异质结构内部应力、热阻与信号完整性问题的兼顾解决方案。

电路/热/结构联合仿真：结合ANSYS等软件工具深度学习电路参数（如电容、电阻）与热、结构问题之间的关系，实现优化设计的一体化流程。

高性能系统仿真：针对高速互连、信号完整性与电磁兼容性等，详细探究封装、开关与系统连接的动态交互，为高性能计算设计提供关键路径分析。

教育与培训：

为推动芯片设计及仿真的技术进步，专业教育与培训成为了必不可少的环节。通过系列讲座与课程，授课专家如曾家麟（中央大学机械工程博士）、惊堂木（电子封装系硕士）、张宗兵（高级电磁应用工程师）等业界资深人士，分享了在设计结构散热、SIPI（信号完整性/电源完整性）与EMC仿真、芯片封装基板设计、热仿真、5G高速互连设计以及DFM（可制造性设计）与电子产品可靠性等方面的核心技术和解决方案。