从“封装缩放定律”到“韬定律”，先进封装主导地位凸显

智能体与生成式AI大模型的爆发，带来算力需求的指数级增长。然而，以微缩晶体管尺寸为核心的摩尔定律，正在面临物理极限与经济效益的双重挑战，难以满足AI算力对芯片性能的需求。今日启幕的“未来半导体生态大会·半导体封装测试暨玻璃基板生态展”上，让《中国电子报》记者深刻体会到：先进封装已经成为提升芯片系统性能的主导力量，无论是“广义摩尔定律”“封装缩放定律”还是华为近期提出的“韬(τ)定律”，都在凸显先进封装的技术价值与协同效应。

奥芯半导体科技CEO莫建勇将传统摩尔定律称为“狭义摩尔定律”。从2000年至今的约25年时间里，虽然晶体管数量大幅增长，但单个晶体管的开关速率（也就是处理器和加速器的主频）几乎没有提升，面临“功耗墙”的制约和挑战。“芯片系统性能的提升，需要将先进封装与先进制程叠加的‘广义摩尔定律’。”莫建勇说。

2000年至今，处理器及加速器主频（绿色图标）没有明显提升

“单纯依靠狭义摩尔定律，已经很难（满足当前的算力需求）。所以我们把不同制程能力的晶体管集成在一起，也就是所谓的Chiplet（芯粒）或者Heterogeneous Integration（异构集成/异质集成）。我们将这种先进封装叠加先进制程的演进能力称为‘广义摩尔定律’。目前来看，‘广义摩尔定律’的主要任务在先进封装侧，也就是以先进封装延续摩尔定律。”莫建勇说道。

在“广义摩尔定律”的基础上，莫建勇还展示了由尺寸、密度、IO互联主导的“Package Scaling（封装缩放定律）”。

“封装缩放”定律

结合图表演示来看，封装面积、裸片间互连密度、功耗、SerDes传输速率、PCIe速率、DDR速率、LPDDR速率、晶体管密度（摩尔定律）、封装级I/O带宽都是推动系统性能增长的要素。其中，唯一比晶体管密度，也就是摩尔定律还要“陡峭”的是封装级I/O带宽。

封装缩放定律也反映了系统性能提升路径的五个趋势。一是I/O带宽的增长更为迅猛；二是从晶体管尺寸微缩转向封装与互连技术创新；三是从单一SoC转向Chiplet异构集成；四是从单纯依赖工艺缩微，转向架构、内存与网络的系统级协同优化；五是先进封装正在重新定义芯粒，包括CoWoS/CoPoS、EMIB、玻璃基板、CPO/NPO等技术。

华为公司董事、半导体业务部总裁何庭波在IEEE国际电路与系统研讨会发布的“韬(τ)定律”，也引发了现场嘉宾的思考，尤其是该定律与先进封装的契合点、为先进封装带来的机遇等。

SEMI中国总裁冯莉在致辞中提到，AI算力的爆发式增长对芯片性能提出了前所未有的挑战。近期，面对摩尔定律发展中遇到的物理和成本瓶颈，华为提出了“韬定律”，跳出了单纯依靠制程节点微缩的传统思路，以时间域优化为核心，依托逻辑折叠技术，结合微通孔、混合键合等技术，在现有的制程节点下提升了晶体管密度，降低了信号延迟。

“该理念与我们通常说的3D封装、玻璃基板以及近封装光互联等技术路线相契合，也让以‘时间缩放’为核心的技术演进成为依靠制程节点微缩之外的产业发展新引擎。”冯莉说道。

硅芯科技创始人、CEO赵毅在接受《中国电子报》等媒体采访时表示，“韬定律”在细节上呈现了封装与设计耦合度越来越高的趋势，其迫切性和必要性会随着时间的沉淀而呈现出来。具体来看，先进封装不仅与芯片设计深度耦合，还将逐步主导芯片设计环节。传统的扇出封装是对单芯片进行简单封装，再将I/O引出来。而先进封装要将数个甚至数十个不同类型的芯片连接起来，如果没有一个好的互联设计，就会影响整个芯粒的性能。这就倒逼设计厂商从Die to Die（D2D，裸片间）、Multi-die、Chiplet to Chiplet的角度去全盘规划芯片设计。

“从每颗芯片的顶层架构规划开始，就要考虑模块、裸片间接口、I/O的输入输出口怎么布局，以及Die内怎么放、Die间怎么连等等。只有在每个环节尽可能去优化设计，才能达到‘韬定律’提到的‘最优路径’。这个最优路径不是互联的路径，也不是Die内的路径，而是全盘的路径。”赵毅说道。

“韬定律”倡导的高度协同，也为先进封装EDA带来机遇，并对其功能定位提出了新的要求。赵毅认为，EDA可以成为协同芯片系统各个环节的底层桥梁。这也意味着，EDA企业不能局限于标准化工具的提供商，而要成为解决方案服务商。未来EDA企业可能要派团队驻场到芯片系统的各个环节，这在以往是不可想象的。

因此，硅芯科技发布了新一代2.5D/3D AI智能EDA Agent。该工具的底层逻辑是快速自动寻优、各环节深度协同，也就是面向需求，以最快的速度构建最适合的架构并实现出来。“我们的终极目标是需求一出来，AI Agent就能在一整套工具链的配合下，自动解决整个堆叠芯片的系统框架如何搭建，在布局布线、仿真等环节如何找到最优路径，怎么做逻辑堆叠，仿真与设计、仿真与验证如何协同等问题，并在客户的系统中实现自我迭代。”赵毅表示。

作者丨张心怡编辑丨吴丽琳美编丨马利亚监制丨赵晨