3D芯片設(shè)計(jì)趨于成熟　半導(dǎo)體未來(lái)走向整合開(kāi)發(fā)

　　電子系統(tǒng)層級(jí)(ESL)和高階合成(HLS)方案試圖以硬體取代軟件。法新社在過(guò)去，由于軟件內(nèi)容不多、產(chǎn)品制備不容易延滯，開(kāi)發(fā)業(yè)者會(huì)先設(shè)計(jì)硬體，再完成軟件設(shè)計(jì)。時(shí)至今日，軟件內(nèi)容大增，軟件設(shè)計(jì)逐漸比硬體占更多時(shí)間與成本，且是產(chǎn)品功能重要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵。

　　軟件功能受到重視之甚，使得硬體開(kāi)始被視為支援軟件最佳化之平臺(tái)。現(xiàn)在許多開(kāi)發(fā)業(yè)者會(huì)先設(shè)計(jì)軟件，并依據(jù)成本、功耗、存儲(chǔ)器容量、體積等軟件效能限制，去建造支援該軟件的硬體設(shè)計(jì)。

　　軟、硬體不只是技術(shù)層面需要顧及，還牽涉到公司結(jié)構(gòu)問(wèn)題，傳統(tǒng)公司部門分化根深蒂固，而組織須將整體系統(tǒng)列入考量而非單純優(yōu)化軟件或硬體。

　　電子系統(tǒng)層級(jí)(ESL)技術(shù)和高階合成(High Level Synthesis;HLS)解決方案無(wú)法解決此問(wèn)題，因?yàn)檫@些解決方案試圖以硬體取代軟件。

　　雖然產(chǎn)業(yè)對(duì)于軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度、原型、驗(yàn)證品質(zhì)等要求提升使成本大增，不過(guò)進(jìn)階驗(yàn)證方法、大規(guī)模IP廣泛應(yīng)用、復(fù)雜性轉(zhuǎn)移至軟件、數(shù)位與類比工具演進(jìn)等現(xiàn)象，都使得設(shè)計(jì)成本相對(duì)降低。

　　而物聯(lián)網(wǎng)(IoT)興起也創(chuàng)造許多新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需求，帶來(lái)包括小規(guī)模設(shè)計(jì)與彈性成本等不同機(jī)會(huì)，更使人們對(duì)于區(qū)塊創(chuàng)造與整合自動(dòng)化、全芯片驗(yàn)證、平臺(tái)程式設(shè)計(jì)的需求大幅提升。

　　此外，物聯(lián)網(wǎng)新進(jìn)公司不見(jiàn)得需要習(xí)得電子設(shè)計(jì)技能。在很多情況下，軟、硬體最佳化是橫跨整體產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)，并不只是IC設(shè)計(jì)者或組織內(nèi)部門單方面的問(wèn)題，因此，IC設(shè)計(jì)者得顧及整體產(chǎn)業(yè)格局，也得提升芯片抽象化層次。

　　在 硬體設(shè)計(jì)專案流程初期，可透過(guò)不同開(kāi)發(fā)工具來(lái)提早執(zhí)行軟件整合與抽象化，例如軟件開(kāi)發(fā)工具(SDK)、虛擬平臺(tái)(Virtual Platform)、RTL模擬、模擬(Emulation)、以FPGA為基礎(chǔ)的客制化原型建造(custom-built FPGA-based prototypes)、運(yùn)用實(shí)際芯片開(kāi)發(fā)版來(lái)開(kāi)發(fā)軟件等等。

　　許多產(chǎn)業(yè)人士認(rèn)為，3D整合硬體構(gòu)裝設(shè)計(jì)趨 近成熟，將是符合成本效益之解決方案。智能型系統(tǒng)體積持續(xù)縮小后，應(yīng)用裝置則愈來(lái)愈需要將不同技術(shù)密集整合于小型封包，包括類比、數(shù)位、射頻(RF)、微 機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等等，能提供更高的連接頻寬、更低延遲性、更大模組化與異質(zhì)化。

　　臺(tái)積電立下長(zhǎng)期計(jì)劃，欲以3D超級(jí)芯片整合技術(shù)模擬人腦運(yùn)作方式。臺(tái)積電曾于2013年指出，希望以20瓦特功率達(dá)到此目標(biāo)，不過(guò)，要達(dá)到該整合技術(shù)目標(biāo)，就表示還要比現(xiàn)有芯片技術(shù)縮小200倍，預(yù)估要等到2028年2納米節(jié)點(diǎn)制程時(shí)才有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)。

　　系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)師一旦解決3D 整合技術(shù)的功率消耗(power dissipation)、溫度、連接度(interconnectivity)、穩(wěn)定性等問(wèn)題后，即可獲得效能與功能提升優(yōu)勢(shì)。

　　未來(lái)數(shù)年內(nèi)，愈來(lái)愈多電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具將從硬體、軟件、系統(tǒng)等層面，影響整體產(chǎn)業(yè)的微觀、宏觀設(shè)計(jì)。不過(guò)單靠EDA工具難以解決所有問(wèn)題，因此EDA、軟件、系統(tǒng)、硬體制造與組裝公司都可能相互購(gòu)并，以聯(lián)手推出有效解決方案