功率管理是所有芯片及Chiplet设计中不可忽视的重要因素，虽具体需求因应用而异。领先的系统供应商和芯片制造商利用Chiplet提升性能与能效，汽车行业也将其视为提供多样化选择的新途径。然而，相较于传统的单芯片系统（SoC），由异构Chiplet组成的系统需考虑更多复杂的元件间交互，使功率管理难度大幅提升。

随着人工智能应用的兴起，计算需求倍增，功耗问题愈发突出。虽然部分AI架构趋向节能，但大规模、高精度模型带来的计算复杂度和功耗增长使得提升能效面临巨大挑战，同时对供电和散热提出更高要求。晶体管密度增加和专用处理单元的集成，使得原本单芯片内可完成的任务现被拆分为多个Chiplet，组成高密度异构组件，进一步加大整体功率负荷。

在传统系统级芯片中，功率管理已达成熟水平，但Chiplet系统中功率分布复杂、接口不统一导致电源仿真和验证难度大增。芯片堆叠设计普遍采用多层封装及中介层，虽然提升了性能，但也降低了封装电容的效用，增加了电源稳压的复杂性。随着封装尺寸变大，核心层厚度增加，过孔密度降低带来更大电感，进一步阻碍了高效的电源传输。

三维集成电路采用更薄基板和金属层缓解部分问题，但更高电流与多电压域激发电源完整性和寄生效应的新挑战旋乐吧spin8。Chiplet数量增加、材料更薄以及计算负荷加大，使得高质量电源分配及散热设计更加困难。热梯度加剧老化和性能下降，电迁移和电压降问题尤为突出，因芯片、电介层和封装的多层网格复杂交织，单一分割仿真方法难以准确预测全局电源行为，必须进行多层协同仿真或采用降阶模型以降低计算负担。

新兴商用工具有效生成芯片电源模型（CPM），通过协同仿真芯片、中介层和封装的电源网络，帮助设计人员精准分析。这种跨层协同仿真体现了电源完整性领域的新趋势，强调对整个系统的整体考量。

设计供电网络在Chiplet系统中较单芯片SoC更为复杂。传统上，单芯片的供电问题主要集中在芯片布局及背面供电设计，而Chiplet系统需确保大量凸点和硅通孔的连接精确可靠。凸点的数量、尺寸和间距直接影响供电稳定与散热效率。随着系统集成度提升，手动调试凸点布局难度大增，设计自动化和AI辅助工具的需求快速增长。

封装设计面对的难题包括尺寸扩大带来的机械和电气限制，封装核心层厚度增加、过孔密度下降，会导致电源路径阻抗增大，影响稳定供电。为缓解这些挑战，更先进的封装技术和三维集成方法逐渐应用，但其本身又引入功率分布和电源完整性的新问题。

电源完整性方面，Chiplet系统不同于传统单芯片设计需解决分布式高频和低频噪声的双重挑战。高频噪声源自晶体管快速开关引起的纹波电压，低频噪声则因系统间谐振效应在芯片粒之间产生波动。由于Chiplet系统规模和异构性，传统高频模型不适用于低频分析，需建立多频段混合模型精准仿真。

此外，Chiplet间的电阻压降、共享电源轨引发的噪声耦合与热点、寄生电感电容对信号及电源质量的影响，以及有限空间内的去耦电容布局问题，都对系统电源完整性构成挑战。不同Chiplet的电源状态动态变化带来瞬态电流峰值，需精细动态电源管理。高功率密度及热积聚进一步影响电阻及载流子迁移，形成热致电源完整性隐患。

制造工艺多样性与可变性导致芯片粒间电性能不均，凸点高度、键合质量与中介层电阻等变化加剧系统电源分布不均。这要求设计团队与代工厂密切协作，确保组件模型准确、连接稳定。

为了优化Chiplet供电设计，应从以下方面入手：

- 早期关注和分析电源分配网络结构，采用先进仿真工具进行建模、关联和优化；

- 制定合理去耦电容策略，优先安排片上及封装级去耦，支持高效去耦布局；

- 实现电源轨分区，避免噪声耦合，独立供电域提升稳定性；

- 引入片上低压差稳压器及滤波技术，减少共享路径中的高频噪声；

- 动态电源管理结合自适应电压频率调整，实现节能运行并保证电源状态平稳切换；

- 结合热感知设计，统筹热和电源完整性，优化Chiplet布局平衡热功率分布；

- 重视制造可变性的影响，优化凸点及互连工艺，并加强跨厂商一致性验证；

- 充分利用硅验证技术和测试图案，捕捉和校正实际系统的电源完整性问题。

通过设计早期的全面规划和多层次优化，不仅能增强Chiplet系统的电源完整性，还能推动多Chiplet设计的稳定性和可靠性，满足高性能领域日益增长的需求。

电源建模方面，Chiplet系统规模和复杂度要求采用分层建模策略，自上而下从系统层级逐步细化到单个Chiplet。通过边界电压数据辅助芯片设计者从系统角度分析电源情况，实现跨层次协同优化。

传统芯片设计已积累成熟的电源完整性处理经验，但在Chiplet系统中，功率网络呈现大规模分布式特征，无法用单一类比模型覆盖。没有统一的电源完整性标准，使得电源网络设计更加依赖系统级仿真与经验指导。

总体而言，Chiplet架构下的电源设计挑战催生了新的设计理念和工具需求，强调协同仿真、多层次优化和早期规划的重要性。设计团队需结合封装、中介层及PCB集成解决方案，构建全面的电源方案，适应未来工艺节点功率密度不断攀升的趋势，保障Chiplet系统的高效稳定运行。