Ngành công nghiệp bán dẫn hiện đi đầu về mức độ ứng dụng kỹ thuật số. Tuy nhiên, sự gia tăng liên tục của chi phí và độ phức tạp trong thiết kế đòi hỏi quá trình chuyển đổi số phải diễn ra sâu rộng hơn.

Hiện tại, ngân sách cho một thiết kế chip trung bình ở mức 1 tỷ USD. Các thiết bị bán dẫn hiện đại tích hợp hàng tỷ bóng bán dẫn, yêu cầu độ chính xác tuyệt đối trong quy trình chế tạo do giới hạn về kích thước vật lý.

Thiết kế chip đang ngày càng phức tạp và đòi hỏi công cụ hiện đại hơn

Bên cạnh đó, sự bùng nổ của các sản phẩm định nghĩa bằng phần mềm (SDP) buộc đội ngũ kỹ sư phải thiết kế phần cứng có khả năng tích hợp chặt chẽ với phần mềm. Yêu cầu này phát sinh nhiều rào cản kỹ thuật, đòi hỏi các công cụ và phương pháp chuyên dụng.

Trong một phân tích gần đây, Dale Tutt – Giám đốc chiến lược ngành và Michael Munsey – Phó Chủ tịch ngành công nghiệp bán dẫn từ Siemens đã trình bày chi tiết về cách các công cụ kỹ thuật số hỗ trợ nhà sản xuất chip đơn giản hóa và tối ưu hóa luồng quy trình nhằm đáp ứng các thách thức công nghệ hiện tại.

Dễ dàng cộng tác với bản sao số (Digital Twin)

Cấu tạo chip đang ngày càng phức tạp. Các thiết bị SDP yêu cầu chip đạt hiệu năng cao, tiêu thụ ít điện năng và phù hợp với không gian nhỏ gọn như điện thoại di động. Để giải quyết vấn đề này, nhà sản xuất cần áp dụng công nghệ đóng gói tiên tiến nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, hạn chế lưu nhiệt, đồng thời tăng tốc độ và hiệu suất xử lý.

Quá trình thiết kế và chế tạo bắt buộc phải trải qua bước xác minh kỹ thuật số để kiểm soát tương tác và các chế độ lỗi tiềm ẩn. Mô hình Bản sao số toàn diện (cDT) là yêu cầu kỹ thuật nền tảng để xác thực và xác minh hiệu suất. Hoạt động dưới dạng nguồn dữ liệu duy nhất, cDT đồng bộ các thành phần cơ khí, điện tử và phần mềm vào chung một môi trường ảo, cho phép các nhóm kỹ thuật giao tiếp và cộng tác liền mạch.

Việc chạy mô phỏng chip trên bản sao số ngay từ giai đoạn thiết kế sớm giúp phát hiện lỗi hệ thống trước khi xuất xưởng nguyên mẫu vật lý. Năng lực mô phỏng vật lý chi tiết của cDT tái tạo chính xác hành vi thực tế của chip, gia tăng độ tin cậy cho các bài kiểm tra. Dữ liệu từ cDT hỗ trợ thực thi nhiều bộ kiểm tra khác nhau, giúp kỹ sư xác minh toàn diện các thông số kỹ thuật của thiết kế.

Khai thác dữ liệu thiết kế chip bằng AI

Mô hình bản sao số thu thập dữ liệu liên tục xuyên suốt chu kỳ thiết kế và kiểm chứng. Dữ liệu này được trích xuất để phân tích các chỉ số hiệu suất và tối ưu hóa vòng đời sản phẩm. Bằng cách tích hợp AI, hệ thống có khả năng tự động phân tích dữ liệu kiểm chứng, khoanh vùng phạm vi kiểm tra và tự tạo các kịch bản kiểm tra mới, làm tăng hiệu suất của quy trình xác minh.

AI đóng vai trò hỗ trợ hoạt động liên phòng ban và tối ưu hóa quy trình thiết kế bán dẫn. Một số lợi ích của AI trong sản xuất chip bao gồm:

• Nâng cao độ chính xác trong việc ra quyết định thông qua thu thập và xử lý dữ liệu từ quá trình thiết kế và kiểm chứng.

• Rút ngắn chu kỳ phát triển bằng cách đồng bộ mô hình kỹ thuật số với môi trường sản xuất thực tế.

• Tối ưu hóa luồng phát triển sản phẩm thông qua cơ chế phân tích tự động ở cấp độ hệ thống.

Đặc biệt, các thuật toán AI liên tục học hỏi từ cơ sở dữ liệu tích lũy để cập nhật chiến lược kiểm chứng. Cơ chế máy học này đảm bảo hiệu suất kiểm chứng tăng dần qua từng vòng lặp, tạo tiền đề để nâng cao tỷ lệ tự động hóa. Việc ứng dụng AI giúp tinh giản quy trình xác minh và kiểm soát hiệu quả độ phức tạp ngày càng cao của thiết kế bán dẫn.

Đọc thêm:

• Xu hướng thiết kế chip trong 2026 với sự phát triển của AI
• Veloce – Nền tảng Hardware-Assisted Verification tăng tốc phát triển chip

Đơn giản hóa quy trình thiết kế chip

Số hóa sâu rộng là phương án cốt lõi để giải quyết các rào cản kỹ thuật trong thiết kế và chế tạo. Khối lượng tính toán trong thiết kế chip sẽ tiếp tục tăng cao khi các thiết bị SDP và chip AI trở thành tiêu chuẩn của thị trường.

Việc triển khai song song bản sao số và AI cung cấp bộ công cụ toàn diện để quản lý luồng quy trình phức tạp. Mô phỏng bản sao số đơn giản hóa khâu kiểm chứng và đồng bộ hóa hoạt động kỹ thuật, trong khi AI đảm nhận tối ưu hóa xử lý dữ liệu và tự động hóa. Việc tích hợp hai công nghệ này cho phép các nhà sản xuất bán dẫn đạt được các chỉ số hiệu suất và mức độ tối ưu hóa cao nhất.

(Nguồn: Siemens)