בהרצאה במסגרת 2025 TSMC Europe Open Innovation Platform (OIP) Ecosystem Forum הציגה קיידנס זרימת תכנון מלאה לתהליך A16 של TSMC, הכוללת ניתוב מפורט מוקדם, אקסטרקציה תלת-ממדית, ניתוח תרמי בזמן המימוש וזרימת Backside עם Super Power Rail – הכל תחת מעטפת AI של Cerebrus לתכנון בלוקים ו-SoC שלם
בהרצאה טכנית שנשא נציג קיידנס במסגרת כנס 2025 TSMC Europe Open Innovation Platform (OIP) Ecosystem Forum, שהתקיים בשבוע שעבר באמסטרדם, הציגה החברה את דור זרימות התכנון החדש שלה לתהליך A16 של TSMC. לדבריו, כדי לעמוד בדרישות הביצועים, הצפיפות והאמינות של צמתי A16 ו-2 ננומטר, אין די בשיפור נקודתי של כלים – נדרש שילוב הדוק בין מיקום, ניתוב, אופטימיזציה, אנליזה תרמית ואימות פיזיקלי, כולל תמיכה מלאה במימוש הספק וקלוק בגב השבב (Backside) ובשימוש מערכתי ב-AI.
נקודת המוצא היא ספריות ה-Nanoflex של TSMC: תאי סטנדרט בגבהים שונים, מחלקות VT שונות ורמות שונות של צריכת הספק וביצועים. הגיוון הזה מעניק למתכננים גמישות רבה, אך מייצר אתגר גדול ל-EDA: אי אפשר עוד "לזרוק" תאים לרשת מיקום אחידה, מפני שלכל תא חוקים משלו, גובה ותתי-שילובים מותרים. ב-A16, הסביר נציג קיידנס, בחירת התא אינה רק שאלה של דרייב או דלף, אלא גם של חוקי מיקום – אחרת הצפיפות נפגעת בצורה משמעותית. ב-Innovus מנועי המיקום, הניתוב והאופטימיזציה משולבים כך שכל החלפת תא נעשית תוך מודעות למגבלות המיקום והניתוב המקומיות, וגם תעדיף לעיתים תא מעט גדול יותר אם ניתן ללגלז אותו באופן מקומי, כדי לשמור על פריסה צפופה וחוקית.
כדי להתמודד עם מורכבות חוקי התהליך, שילבה קיידנס עוזר בינה מלאכותית בתוך Innovus. מהנדס יכול לתאר בשפה טבעית, ברמה גבוהה, את רשת ההספק והקרקע שהוא מעוניין בה, וה-AI מייצר אוטומטית את קוד ה-Tcl וההגדרות המפורטות, בהתאם לכללי ה-PDK. כך ניתן להכניס רשתות הספק מורכבות בלי לשלוט בכל פרט של חוקי הגיאומטריה, ולהקטין את הסיכון לטעויות ידניות.
אחת ההשקעות הגדולות ל-A16 היא ב-Early Detailed Routing – ניתוב מפורט מוקדם. בעבר הסתפקו בגלובל רוטינג מהיר, אחריו חלוקת מסלולים לנתיבים ולבסוף ניתוב מפורט. בתהליכים המתקדמים, אמר הדובר, הדיוק של הניתוב המפורט נדרש כבר בשלבי האופטימיזציה הראשונים. קיידנס פיתחה מנוע ניתוב מפורט אינקרמנטלי מהיר במיוחד, המשולב כבר בשלב המוקדם, ו-TSMC מגדירה אותו כחלק ברירת המחדל ב-Reference Flow של A16. כך מקבלים מוקדם תמונה אמיתית של גישת פינים, צפיפות ניתוב וסיכוני צווארי בקבוק, ומפחיתים הפתעות בסוף הזרימה.
גם תחום האקסטרקציה עודכן. כלי האקסטרקציה Quantus, המשולב ב-Innovus, יודע לשלב בין מודל 2.5D מהיר המסוגל לחלץ פרזיטים למיליוני רשתות בשעה, לבין אקסטרקציה תלת-ממדית מדויקת לרשתות קריטיות כמו רשתות שעון או ממשקי DDR. אלגוריתמי למידת מכונה בוחרים אוטומטית אילו רשתות דורשות דיוק 3D ואילו יכולות להסתפק ב-2.5D, כדי לשמור על איזון בין דיוק לקצב ריצה – דבר שנעשה קריטי בצמתי A16.
ממד מרכזי נוסף הוא ניתוח תרמי. מנוע האנליזה התרמית Celsius מזין נתוני טמפרטורה ל-Quantus ולאמצעי ניתוח ההספק וה-IR של Voltus, וגם לכלי תזמון Tempus, כך שאקסטרקציה, IR-Drop וסטטיק טיימינג נעשים "מודעי טמפרטורה". מעבר לניתוח סגירה, אותם מנועים מחוברים גם ל-Innovus בזמן המימוש: כאשר מתגלה "Hot Spot" תרמי, מנוע המיקום יכול לפזר תאים, לשנות Floorplan או לרווח בלוקים פעילים במיוחד. כך התכנון הופך מתרמית-אנליטית בלבד לתרמית-אקטיבית – המטפלת בבעיות חום כבר במימוש, ולא רק בשלב הסופי.
על רקע מספרי הספריות, גובהי התאים וקומבינציות ה-Layer Stack בתהליך A16, עולה גם השאלה מהו השילוב האופטימלי לכל תכן. כאן נכנסת הבינה המלאכותית של Cerebrus: בגרסת הבלוק המערכת מריצה סדרות ניסויים אוטומטיים עם ספריות בגבהים שונים, Stackים שונים ויעדי PPA שונים, ומאתרת את השילוב המתאים לכל בלוק. ב-Cerebrus AI Studio, זרימת "סוכנים" היררכית, ה-AI מתכנן גם את ה-SoC כולו: סוכן לתכנון ראשוני ו-Floorplan עליון, סוכן ליישום הבלוקים וסוכן סגירה שעוסק ב-Timing Sign-off וב-ECO ברמת המערכת.
החידוש הדרמטי ביותר שתואר בהרצאה הוא זרימת המימוש בגב השבב (Backside Implementation) עם טכנולוגיית Super Power Rail. היום, רשתות ההספק העליונות ב-Frontside צריכות לרדת דרך "עמודי ויאס" עד לתאי הסטנדרט, מה שיוצר נפילות מתח והתנגשויות עם ניתוב האותות. בגישה החדשה, מסילות ההספק מועברות לשכבות ייעודיות בגב השבב, המזינות את התאים דרך המצע. כך ה-Frontside נשאר כמעט חופשי לאותות בלבד, הקונז’שן יורד ו-IR-Drop מצטמצם. TSMC מאפשרת גם העברת אותות שעון דרך גב השבב – למשל עצי H-Tree גלובליים – ולהתחבר קדימה לתאי Buffer מיוחדים בעלי פינים בשני הצדדים. רשתות אות ארוכות יכולות "לצלול" לגב השבב, לעבור מרחק רב בשכבות בעלות פרזיטים נמוכים ואז לחזור קדימה לנקודת היעד.
המעבר לזרימה תלת-ממדית אמיתית חייב לא רק מנוע ניתוב חדש ל-Backside, אלא גם עדכון בכל שרשרת האימות: אקסטרקציה, ניתוח IR, תזמון סטטי ואימות פיזיקלי. קיידנס ו-TSMC שיתפו פעולה כדי שזרימת ה-Super Power Rail ל-A16 תהיה מלאה ומוסמכת, וכיום ניתן לתכנן איתה באופן שוטף. בשלב הסופי נכנס לתמונה מנוע האימות הפיזיקלי Pegasus, הפועל במערך מבוזר על אלפי ליבות. הדובר הדגיש כי בתכן A16 אין מקום להמתין לסוף הזרימה כדי להפעיל כלי Sign-off: Pegasus In-Design מאפשר להכניס Fill, לבדוק חוקי מיקום ותשתיות הספק כבר בזמן המימוש, לזהות בעיות מוקדם ולחסוך סבבי ECO מאוחרים ויקרים.
לדבריו, כל הזרימה – מבחירת תאים דרך ניתוב מפורט מוקדם, ניתוח תרמי ועד מימוש גב-שבב – מוסמכת על ידי TSMC עבור תהליך A16 וזמינה כבר היום ללקוחות. המסר המרכזי למתכננים שיצאו מאולם ההרצאות באמסטרדם: בעידן A16 אי אפשר עוד להפריד בין מיקום, ניתוב, אופטימיזציה ואימות. יש צורך בזרימה משולבת, מונעת AI, שמטפלת בצפיפות, בהספק, בתזמון ובחום בו-זמנית – ובשני צדי הסיליקון.
