后摩尔时代，依靠缩小尺寸提升器件集成度的硅基CMOS技術面臨物理原理和工藝技術的巨大挑戰，具有高性能、低功耗和低成本優勢的Chiplet技術成爲延續摩爾定律的重要選擇之一。該技術利用先進封裝工藝，將多個異構芯片集成爲特定功能的系統芯片，從而滿足人工智能等領域的應用需求。但由于Chiplet異構集成密度大幅增加，熱耗散問題對異構系統的可靠性造成嚴峻挑戰。如何針對Chiplet異構集成系統的複雜性，提出新的熱分析方法，實現高精准封裝熱模擬和散熱結構設計，開發與Chiplet應用場景適配的熱仿真模型和工具已成爲Chiplet熱分析領域的重要方向。
基于以上問題，尊龙凯时EDA中心多物理場仿真課題組通過引入傳導、對流和輻射效應，提出了芯粒異構集成複雜互連結構（TSV、bump和RDL）通用等效熱導解析方法和一種改進型交替方向隱式浮點優化算法。通過快速精確求解超大規模稀疏矩陣離散方程，首次構建了芯粒異構集成三維網格型瞬態熱流仿真模型和計算流程。在此基礎上，課題組進一步將其拓展應用于更大規�：统叨鹊漠悩嫾蓽囟确抡�。以上模型和求解器能夠實現Chiplet異構集成系統瞬態熱流的高效精確仿真，爲芯粒異構集成系統溫度熱點檢測工具和溫感布局優化算法的開發奠定了核心技術基礎。通過在芯粒熱流仿真模型上改進數值離散格式和虛擬點構造算法，使浮點運算效率提升了2.74倍。與有限元方法相比，在滿足計算精度的前提下，Chiplet熱仿真器的計算效率提升了27倍。
该项研究得到了中國科學院战略性A類先導專項項目支持，研究成果先後發表于熱力學領域頂級期刊《Applied Thermal Engineering》(Efficient Transient Thermal Analysis of Chiplet Heterogeneous Integration, DOI：10.1016/j.applthermaleng.2023.120609)和《Microelectronics Reliability》(DOI：10.1016/j.microrel.2022.114790; DOI：10.1016/j.microrel.2023.115006)期刊上。微电子所硕士生聂川俊、王成晗分别为上述論文第一作者，微电子所徐勤志副研究員为上述論文通讯作者。
圖1 四芯粒異構集成系統溫度分布：(a) 中介層上表面溫度分布； (b) Chiplet中心溫度分布；(c) 中介層上表面溫度與有限元仿真結果對比； (d) Chiplet熱仿真模型誤差
圖2 一個典型Chiplet異構集成系統中介層上表面瞬態溫度分布： (a) t = 0.1 s; (b) t = 0.2 s; (c) t = 0.5 s; (d) t = 1.0 s; (e) t = 3.0 s; (f) t = 5.0 s; ((a)-(f):狀態1) (g) t = 5.1 s; (h) t = 5.2 s; (i) t = 5.5 s; (j) t = 6.0 s; (k) t = 8.0 s; (l) t = 10.0 s. ((g)-(l):狀態2)
科研工作