2025大赛优秀作品 | 2.5D/3D设计中的芯片电源网络分析方案

“Ansys 2025 全球仿真大会”仿真应用大赛优秀作品展示

本届仿真应用大赛最终评选出 30 篇 TOP 优秀作品，分别荣获一、二、三等奖及行业最佳实践奖。近 200 位来自汽车、半导体、高科技、能源等行业的仿真精英参赛，他们以前沿思维与创新实践，充分展现了仿真技术的无限潜能。我们将陆续为大家分享获奖佳作，带您一同领略仿真赋能创新的非凡力量，希望用户能从中汲取灵感、启迪思路。

作品名称：2.5D/3D设计中的芯片电源网络分析方案

作者： 丁萍 | 深圳市中兴微电子技术有限公司 工程师

关键词：2.5DIC, silicon bridge, power integrity

作者说

RedHawk-SC 和 RedHawk-SC Electrothermal 的联合使用，具备在项目早期快速迭代的功能，提高迭代效率。早期采用RedHawk-SC进行基于die 的floorplan电源规划 + 封装互联的分析，可以看到早期的电源策略问题，提前发现供电问题，从而实现修复/更改，从而以最少的设计努力减少供电风险。

BQM: current assignment inside SoC dies

Interposer PDN early check

带有多晶硅桥梁的2.5DIC设计，在AI、图形处理等各个领域具有良好的应用前景，但其开发和应用也面临一系列挑战，电源完整性是其中的关键挑战之一。我们使用EDA工具对PDN进行早期分析，以确定硅桥上的DTC配置策略是否合适、多层电源和接地层是否有效以及PDN网络是否存在风险，从而提前预测设计中的潜在问题并提前调整设计。在设计的中间阶段和signoff阶段，可以对整个IC系统进行电源完整性分析，以确保PDN设计满足目标阻抗要求。

挑战/需求

超大规模2.5DIC设计采用在interposer 中内置多晶硅桥梁，在AI、图形处理等各个领域具有良好的应用前景，但其开发和应用也面临一系列挑战，电源完整性是其中的关键挑战之一，包括：

• 高密度互联：将多个SoC/芯片模块和存储器集成在紧凑的空间中会导致高瞬态电流波动，对电源网络（PDN）提出了极高的要求
• 噪声抑制：由于高频工作需要特别注意控制电源噪声，特别是交流噪声和同步开关噪声
• 动态负载响应：快速变化的工作负载需要PDN快速响应并维持电压稳定

因此，我们需要考虑多个因素，并采取一系列措施来确保稳定的电源和最小化噪声。硅桥不仅有助于实现高密度互连，而且在电源完整性方面也具有显著优势。

使用工具

RedHawk-SC Electrothermal, RedHawk-SC

最终成果

通过在硅桥上靠近负载点放置更多DTC电容，有助于快速响应瞬态电流变化。硅桥可以缩短PDN传输路径，还允许使用多个电源接地层，并将电源和接地层直接扩展到每个功能模块附近，降低压降以增强电源稳定性

与传统的PDN仅在signoff阶段的鲁棒性验证不同，我们使用大数据分析EDA工具对PDN进行早期分析，以确定硅桥上的DTC配置策略是否合适、多层电源和接地层是否有效以及PDN网络是否存在风险，从而提前预测设计中的潜在问题并提前调整设计。在设计的中间阶段和signoff阶段，我们可以对整个大的2.5DIC系统进行电源完整性分析，以确保PDN设计满足目标阻抗要求。

参赛作品一览