现阶段半导体工艺迭代逻辑发生改变，传统晶体管微缩进程逐步放缓，先进封装成为提升芯片综合性能的核心方式。2.5D以及3D集成电路内部结构复杂，电源完整性问题往往相互牵连、难以拆分分析。想要保障芯片供电稳定，行业需要搭建全域系统级分析逻辑，综合考量动态电流变化、分布式寄生参数以及跨域电磁耦合带来的影响。针对先进封装设计痛点，西门子推出Innovator 3D IC工具套件，整合多款专业仿真工具，搭建自动化分析流程，为芯片电源完整性设计提供完整解决方案。
2.5D与3D IC结构示意图统一集成设计平台
Innovator3D IC Integrator 以数字孪生数据模型为基础，适配异构集成研发流程。该平台作为核心管控中枢，联动多款专业工具协同工作，包含负责芯片功耗建模的mPower、用于寄生参数提取的Calibre xACT3D、以及做封装电磁分析的HyperLynx高级求解器。
Innovator3D IC电源完整性工作流程图平台能够汇集芯片、中介层、封装等全部设计资料，生成统一的系统化模型，避免多款软件交替转换数据时出现误差。设计人员可以直观查看芯片互连结构与电源分布状态，快速排查布局匹配问题。平台自带图形化操作流程，工作人员可自主选定电源域完成针对性分析；选定分析对象后，系统会自动调用仿真工具完成参数提取与电磁测算，生成标准化电源完整性测试文件，评估电压跌落、电路噪声等关键指标，有效缩短仿真研发周期。
高精度芯片功耗建模
芯片供电分析需要精准的功耗模型作为支撑，mPower工具可生成高精细度芯片电源模型，完整收录芯片静态通电与动态工作时的电流数据，真实还原芯片实际运行工况。该工具会先提取芯片内部供电网络的寄生参数，结合不同工作负载测算电流波形，最终封装为通用性标准化模型。工作人员可将模型导入仿真系统，提前预判芯片电压压降、瞬态波动等供电隐患，为后续系统级仿真提供可靠的数据支撑。
中介层寄生参数提取
在2.5D、3D芯片结构中，中介层与硅桥产生的寄生参数，会直接影响整体供电稳定性。Calibre xACT3D能够精准提取电阻、电感、电容等电气参数，覆盖硅通孔、微凸点、重布线层等核心结构，捕捉密集走线之间的电磁耦合干扰。工具支持宽频仿真工作模式，可适配芯片高低频切换的复杂工作场景。
针对结构特殊的硅通孔，该工具采用专业场域求解算法，将垂直电流分段拆解计算电磁场耦合关系，生成频变阻抗矩阵并拟合为简易电路模型，在保证仿真精度的同时，提升运算效率，适配高密度硅通孔芯片的设计需求。
封装结构电磁仿真测算
在多芯片集成系统中，封装结构是电路阻抗的主要来源。HyperLynx高级求解器可解析封装自带的电容、电感以及走线耦合特性，输出标准化散射参数，测算频段覆盖兆赫兹至吉赫兹。工具能够识别电路回流异常、谐振尖峰等隐患，判定噪声扰动与电压波动的形成原因。依托高精度封装模型，工程师可以分析堆叠芯片之间的供电干扰，适配高带宽内存、多电源域高端芯片的研发设计。
全域系统仿真流程
整套解决方案具备自动化整合能力，Innovator3D IC可自动汇总芯片功耗模型、寄生参数资料以及封装仿真数据，在HyperLynx软件中搭建完整的系统电气网表。工作人员依托一体化模型，可开展同步开关噪声分析、动态电压压降测试、频域阻抗检测等多项仿真工作。
HyperLynx仿真测试平台示意图系统仿真能够定位电路谐振缺陷与供电薄弱区域，辅助研发人员优化去耦元件配置与供电布局。所有仿真流程均可在流片前完成，提前排查电源隐患，降低芯片研发风险，缩短产品上市周期。
芯片电源端归一化瞬态压降曲线图方案综合优势
西门子Innovator3D IC解决方案打通了芯片、中介层、封装的仿真壁垒，将电源完整性与信号完整性分析整合至同一操作平台，简化2.5D与3D芯片的复杂设计流程。这套一体化工具链路可完成全供电网络的仿真分析，帮助企业在先进封装芯片研发过程中规避设计漏洞、把控研发风险，提升芯片设计的成功率与稳定性。
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