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活动回顾

2023年 10月19-20日，由芯动力人才计划®和江苏省国际科技交流与合作中心共同主办的第120期国际名家讲堂在南京顺利举行。

是不是很好奇教授讲了什么内容？

浙江大学卓成教授、杭州芯晓电子科技有限公司首席架构师陈建军陈博士，全面、系统地讲授了先进工艺集成电路的电源完整性。

用搜索引擎解决不了的问题，卓教授来帮你解决！

知识的“精华”属于现场的每一位朋友。

思考也是自问自答的过程。

友谊的小船建起来了。

来一杯“好运”咖啡缓解上课的紧张氛围吧。

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最后跟着“小芯”的步伐，一起来回顾一下精彩瞬间吧~

（插入视频）

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学霸干货笔记

1.电源完整性现状与挑战：

供电电压随着工艺尺寸缩小而降低，电流密度却进一步增大，导致噪声容限日益下降。电源完整性从单一阶段的单一问题发展为多阶段、多领域、多目标的复杂问题，因此如何在芯片设计阶段对芯片供电系统进行详细的评估变得越发重要，而系统级的电源完整性仿真分析是解决此问题的一个重要手段。

本次课程从电源系统设计目标、电源系统分析理论、电源系统分析工具、电源系统建模、DDR电源系统、差分IO电源系统以及电源系统的优化与建模方法对芯片电源完整性设计与仿真进行了详细阐述。

2.电源系统设计目标：

为了芯片电路功能能够正常，一般需要根据芯片电路的应用场景、经验数据、仿真结果对芯片电源设计提出要求，如要求芯片电源电压波动小于5%。芯片的供电系统如下图所示，芯片电源波动可以认为是VRM电源波动与芯片电流经过电源供电系统产生电压噪声之和，由此可以得到电源系统设计的重要概念，目标阻抗。

3.电源系统分析理论与常用工具：

一款芯片电源设计与分析主要过程包括确定可接受的噪声目标、确定仿真场景和电流、确定目标阻抗、进行DC、AC时域频域分析、电源噪声对性能的影响分析、电源系统的优化以及芯片测试与验证。然后根据上述过程，在芯片设计的早期、中期以及投片后进行相应的建模与仿真，等待最终芯片回片后进行测试验证。

电源完整性分析主流工具厂商包括ANSYS、Cadence、Synopsys等。

包括ANSYS EM、Cadence Sigrity电磁仿真套件都可以可以完成从封装到PCB的系统级电源仿真分析，ANSYS Redhawk、ANSYS totem、Cadence XcitePI、Voltus是常用的芯片内部电源分析工具，可以提供晶体管级的AC、DC分析，通常通过ANSYS EM/Cadence Sigrity结合ANSYS Redhawk、totem/Cadence XcitePI、Voltus完成芯片系统级电源仿真分析与优化。

4.电源系统的建模：

首先讨论了电源系统中的电容、电感以及电源平面传输模型，然后详细说明了芯片各个阶段电源系统模型的搭建的过程。阶段0：硅片工艺开发阶段，与工艺组协同确定可行的互连标准以及金属/通孔工艺细节；阶段1：与架构组沟通确定需求、构建PCB-封装-Die上的电源网络映射、与电路组沟通确定Spec、与其他I/O设计组沟通确定相互影响、与封装组沟通确定封装技术；阶段2.0：前期分析以确定封装相关设计准则，包括协助确定去耦策略及数目、封装的尺寸/层数、Z(f)初步目标、 Rdie及Cdie、负载电流分析；阶段2.1：从封装到PCB和VR建模，引入PCB和VR的RLC模型进行初步系统仿真、确定PCB的去耦策略；阶段2.2：引入Die模型，包括构建初步的Die上电源网物理设计、确定Die上的去耦策略、建立更精确的Icct模型和关键场景、建立系统级别的初步仿真以确定噪声。阶段3：中期验证，随着Die物理设计以及逻辑设计进一步完善，进行更为准确的平台层次的仿真以及针对Die噪声分布的仿真、研究噪声对于关键路径的影响；阶段4：Sign off验证，此阶段各个部分物理设计完备，进一步完善激励模型、修正出现的各类问题。

最后详细介绍了芯片内部电源系统建模分析、包括芯片内电源网络、芯片内电容特点以及仿真方法，并根据实测案例说明了电源系统建模精度对电源系统仿真精度的影响。

5.DDR与差分电源系统：

首先介绍了DDR速率、带宽的发展趋势，然后以DDR3 IO接口为例，说明了不同状态下，DDR供电系统的构成，并对单端DDR IO电源系统的非对称性进行了讨论，最后对DDR系统电源设计目标、电源噪声对SI以及时序的影响进行了详细分析，给出了DDR电源系统设计的思路。

差分IO电源系统从常用的差分IO结构讲起，然后分析不同端接形式下差分IO电流情况，然后对差分IO电源目标进行分析，对差分IO不同应用场景下的功耗管理方法进行了讨论，并给出了不同功耗管理情况下电源变化的情况。

6.电源系统优化：

电源系统优化从电源网络阻抗(PDN)的本质展开，对PDN阻抗的波峰、波谷形成的机理进行了详细的分析，详细讨论了不同频段PDN优化需要重点关注的位置。

然后对系统电源设计初期著名的EAVP电源系统设计方法进行了详细讲解，为系统设计初期提供了电源设计与优化的思路。

7.测量方法：

流片后电源测试可以帮助修正pre-silicon模型为未来设计做准备，硅片后测试面临着从大阻抗范围(mohm到ohm)、宽频率范围(DC到GHz)、可测量点限制、测试校正等诸多难题，本节详细的说明了Cdie、Z(f)、时域噪声的测量过程，为芯片电源完整性提供可可执行的操作方法。

8.总结：

本次培训从电源完整性分析原理、方法、工具到详细的建模流程到硅后测试验证进行了详细的介绍，为相关工程师提供了芯片电源完整性分析思路以及切实可行的分析流程，对芯片电源完整性设计具有很强的指导意义。

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天天“芯”想法

天天“芯”想法是国际名家讲堂的线下专属活动，这里有技术讨论、心得分享、合作交流，下面让我们近距离看看他们的“芯”声

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郑伟-北京七星华创微电子有限责任公司

课程内容丰富全面，从基础理论到仿真建模，全部都有涉及。尤其关于集成电路先进工艺与电源完整性的关系部分，是我第一次听到这方面内容。老师知识渊博，功力深厚，讲得也很专业。虽然我不是从事电源设计的，依然从中学到了许多的知识。总而言之，这次培训弥补了本人知识结构上的缺陷，使我对电源完整性部分有了更为深刻的理解。希望下次还有机会参与这种培训。

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李鑫-上海复旦微电子集团股份有限公司

已经有两年多没有出来学习交流，PI的精细建模、精确仿真是在工作上一直困扰我的一个难题，抱着诸多技术上的疑惑报名参加此次培训。

随着芯片工艺提升，晶体管集成度越来越高，电流或者功耗密度越来越大，同时电源电压也在逐渐降低，电源噪声余量越来越小，端到端(从电源到晶体管)的系统级电源仿真在芯片设计中越发重要，如何建立系统级的仿真模型成为工程实践中必须要解决的问题。

然而在实践过程中，如何合理规划电源噪声指标、如何提取复杂的芯片内部电源网络、如何对多种多样的工作环境(多样的电流负载)进行分析、如何准确建立系统电源网络模型以及如何对电源系统进行优化(性能和成本)都是需要仔细考虑的问题。尤其近几年2.5D、3D封装与互联的兴起，让电源网络更加复杂，PI仿真的工程难度进一步提升。

本次培训从电源完整性基础讲起，让大家了解电源完整性的意义，学习制定电源噪声指标的方法；进一步讨论芯片设计过程中各个阶段如何对电源系统进行建模以及优化，并举出大量实例对电源完整性建模精度与仿真精度的关系进行了探讨；随后介绍了最常见的DDR以及差分IO的电源系统建模、优化的方法，让大家对PI的分析有了进一步的认识；最后，从实践角度对仿真工具和仿真流程进行了介绍。

本课程由浅入深，从理论到实践，对从事PI工作以及相关设计的人员来说，是一个很好的知识补充。

3

唐平大-南京芯视元电子有限公司

本次培训从基础理论到系统建模仿真，提供了比较详细的指导思路，随着工艺集成度的不断提高，系统的复杂度不断提升，电源完整性的设计挑战也越来越巨大。培训提供了器件到系统的整体电源完整性考虑，并给出了在产品设计不同阶段的设计流程，对于解决实际工作中的问题提供了不少的思路和解决方案，通过本次培训，对电源完整性的设计有了更全面系统的认识，也感受到了老师丰富的产品设计经验和渊博的知识底蕴。

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高立-中国电子技术标准化研究院

来参加这个课程之前，其实对电源完整性方面了解较少。只知道随着芯片门电路的增加、翻转速率的提高，电源完整性肯定是越来越重要，但苦于目前这方面系统性、针对性的培训较少，正好这次由工信部人才交流中心组织的先进工艺集成电路的电源完整性的培训，可以说是非常及时。这次课程师资力量雄厚，老师都有丰富的经验。课程的针对性强，从芯片到系统、从仿真到测试、从原理到实战，都进行了细致的讲解。感谢老师和组织者的精心准备。

5

孙凇昱-浙江大学

作为一名学生，我本次报名参加了电源完整性培训，让我了解了电源完整性以及设计的相关背景和知识，启发我在未来的研究中，不限于理论本身，而是将问题更多与工业界的应用结合起来，更多联系实际问题，做出更具应用价值的工作。感谢专家老师的授课以及主办方的组织，本次培训使我收获丰富。

6

姜韵-上海复旦微电子集团股份有限公司

本次电源完整性培训，老师从基础的电路原理出发层层深入，涉及了目前集成电路中电源的挑战，设计的流程以及仿真实测的注意要点，作为硬件相关的从业人员，收获颇多。

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