北大打造真3D EDA工具原型：可适配华为韬定律逻辑折叠

麦享科技5月27日消息，北京大学集成电路学院宣布，在适配华为韬定律核心技术逻辑折叠的真3D EDA方向取得关键进展，成功研发出新一代3D芯片物理设计工具原型，填补了支撑逻辑折叠的EDA工具空白。

华为韬定律依托逻辑折叠，在设计阶段就把同一模块内部的逻辑，细化到标准单元级，分布到垂直堆叠的多层晶圆上，通过微米/亚微米级face-to-face混合键合在垂直方向直接打通关键路径。

这一设计范式对EDA工具提出了新的要求，传统的2D设计流程，乃至现行的“赝3D”（pseudo-3D）设计流程，即综合后每个模块被一次性“钉死”到某一片die，再用2D EDA工具逐片实现，都已不足以发挥其潜力。

要真正承载逻辑折叠，物理设计实现必须在完整的三维空间中搜索，模块内划分、跨die互连与垂直热路径优化应在同一个优化框架下协同求解，这正是“真3D”（true-3D）EDA工具的核心要义。

北大提出的真3D EDA，以完整三维空间为优化对象，支持单元级跨晶圆分布与全局协同寻优，真正释放逻辑折叠的性能潜力。

真3D与赝3D的范式差异可以归结为以下两点：

其一，划分粒度。赝3D以整个模块为最小单位被分到某一片die，模块内部的所有标准单元必然位于同一片die；真3D则支持模块内自由划分，同一模块内的标准单元可以被分布到不同die，设计空间更大。

其二，优化空间。赝3D在每片die上各自进行优化，大量复用传统2D芯片的EDA工具，不允许跨die逻辑变换、移动等操作。真3D则将多die构建的整体空间作为设计空间，各设计阶段均在完整的三维设计空间中进行搜索和寻优，不限制跨die逻辑变换、移动等操作。

围绕逻辑折叠所需的“真3D”能力，北京大学团队构建了相关物理实现EDA工具原型，覆盖布局规划和布局两个阶段，并通过GPU加速支持千万级实例规模。

在技术层面，该工具将跨die线长、混合键合端子数量与垂直热路径纳入统一的可微优化框架，使标准单元能够在三维空间中协同放置，而不是被预先固定到某一片die；混合键合端子用量作为优化变量自动决策，可在线长与跨die连接开销之间取得平衡。

团队的工具已在开源工业级设计上完成系统验证，实例规模从约100万覆盖到约2470万。

相比当前最具代表性的赝3D设计流程，物理实现指标方面取得了平均约30%的线长缩减、约6%的WNS改善与约12%的TNS改善；热感知方面，启用联合优化后峰值温度平均下降3%以上，线长几乎无损。