過去，集成電路行業(yè)在數字電路的縮放上投入了大量的資金和關注，數字電路來到5nm、3nm甚至是2nm，摩爾定律也開始逐漸走到極限。雖然我們對數字計算能力的需求似乎永無止境，但我們正在進入一個模擬和數字融合的時代。技術的不斷發(fā)展，也推動了EDA軟件的前進?，F在隨著日常生活的日漸智能化將推動半導體設計投產項目出現新的增長領域，例如5G、物聯網、車載ADAS和物聯網等等，在這其中，模擬模塊和電源域成為增長最快的芯片設計元件。然而，在模擬領域，市場上尚無一款全方位的EDA電源分析軟件。

　　尺寸和復雜性不斷攀升，對電源EDA提出新需求

　　在5nm至28nm的技術節(jié)點范圍內，模擬模塊的數量以10%-15%的年復合增長率增長。與此同時，覆蓋所有技術節(jié)點的電源域數量也在增長，技術節(jié)點越先進其增長越快。傳感器是推動后端計算增長的前端產品，從2015年到2025年，連接到互聯網的半導體傳感器以34%的年復合增長率增長。我們必須保證這些終端產品可以實現更好的續(xù)航和更好的電池性能。為了達成這樣的目標，就需要針對功耗管理來投入更多，因此就增加了芯片設計的復雜性。

　　尺寸和復雜性的不斷增加使得我們迫切需要大規(guī)模的模擬和數字電源完整性解決方案。模擬系統(tǒng)需要在功率上實現突破才能與時俱進，然而集成電路IC設計師們發(fā)現他們根本沒有用于功率分析的EDA工具。所以市場亟需一款能夠同時適用于模擬、數字和混合信號IC設計的電源完整性解決方案。

　　首先讓我們來了解下什么是電源完整性分析和驗證？電源完整性分析評估電路，主要用來確定電路在實現時是否能提供其設計/預期性能和可靠性。一個完整的電源完整性分析解決方案包括三個主要部分：首先是電源功耗，需要驗證實現的芯片設計將提供不同工作模式下的總預測功率。然后是性能，發(fā)現并消除受布局影響的性能問題，如速度下降、功能故障等。最后是可靠性，發(fā)現并消除可能影響性能和產品壽命的布局實施問題，如電磁、自熱等。

　　為了獲得芯片級的功率完整性，IC設計公司必須運行全芯片電遷移（EM）和電壓降（IR）分析，以確保電網能夠向設備提供必要的電流，以實現設計功能。然而過去，大尺寸復雜模擬系統(tǒng)經常是在未進行詳細EM/IR分析的情況下就送去制造生產，大型模擬電路的EM/IR分析是設計人員面臨的最大挑戰(zhàn)和操作痛苦的地方，而如此缺少詳細的EM 和 IR分析會使整個系統(tǒng)陷入風險。

　　在電源完整性領域，西門子EDA已經有很多非常重要的工具，比如在設計端有PowerPro優(yōu)化RTL和預測功耗，能夠在RTL階段進行門級預測。在芯片級有Calibre PERC，主要是對電氣過應力的驗證，還有靜電放電保護。同時還有用于封裝的HyperLynx的分析工具。

　　而針對模擬和數字融合下的完整電源解決方案，西門子給出的答案是mPower。

　　業(yè)界首款面向模擬和數字EM/IR的EDA工具

　　西門子數字化工業(yè)軟件推出的mPower 電源完整性軟件，是業(yè)界首款也是唯一一款可為模擬、數字和混合信號 IC 設計提供近乎無限擴展性的 IC 電源完整性驗證解決方案，即便對于最大規(guī)模的 IC 設計，也能夠實現全面的電源、電遷移 （EM） 和壓降 （IR） 分析。

　　據西門子數字化工業(yè)軟件 Calibre interfaces和mPower 電源完整性分析工具產品管理高級總監(jiān)Joseph Davis介紹，mPower的可拓展性是空前的，它可以進行一些幾乎無限制的、以云為基礎的硬件和工業(yè)化軟硬件的拓展性需求。它不僅可以推動更大的容量、更高的性能，還可以將這些特性遷移至模擬環(huán)節(jié)。不僅如此，mPower支持模擬全芯片動態(tài)以及完美地融入設計流程中；還可以和任何模擬器或提取器進行模擬，能夠無縫嵌入到任何提取器中。

　　除了出色的模擬功能之外，mPower 可擴展式 EM/IR 引擎還可為所有數字 IC 設計進行分析。這種數字化解決方案可以輕松地集成到現有各種設計流程之中，提供世界一流的電源分析功能，每臺機器僅需消耗很低的存儲容量即可實現，即便對于最大規(guī)模的數字設計也依然適用。

　　能夠實現模擬功能的突破以及數字功能超越的原因是，mPower基于實體考量且針對異構網絡的每一個引擎而進行設計。這意味著只需要非常小的內存即可運行在任何單個服務器，也是通常的“最大內存最小化”。這一點體現在使用異構網絡進行計算、數據加載以及仿真報告的環(huán)節(jié)中，所以最終mPower能以最低的成本實現最短的周轉時間。

　　除此之外，mPower可進行大容量 （HC） 動態(tài)分析，即能涵蓋上百萬個晶體管而進行動態(tài)分析，覆蓋設計全流程，在任何規(guī)模上都可充滿信心地實現基于仿真的核簽（Sign-off）。mPower讓不可能變?yōu)榭赡?，?G和其他創(chuàng)新成為可能。

　　mPower 軟件不僅適用于所有版本的2D 設計以及任意規(guī)模的 2.5/3D IC 實作，還可以輕松集成至現有的設計流程之中。在mPower的幫助下，IC 設計人員能夠快速充分地驗證其設計是否達到了與電源相關的設計目標，這種能力可以幫助IC 客戶提升產品質量、增強可靠性并加快產品的面市速度。

　　mPower客戶反響如何？

　　目前mPower已獲得了多個客戶的認可，首先是MaxLinear，該公司已經使用了mPower很長時間，并且對它的工作流非常滿意。通過mPower可為MaxLinear大幅地節(jié)省時間與資金，也提升了客戶對于mPower的信心。

　　第二個案例是Efinix ，該公司的FPGA為一款數字化芯片，由于傳統(tǒng)的EM/IR并不適用于這款芯片的設計原理和設計方法，也為此與供應商進行了大量的溝通與嘗試，但均未奏效。mPower可為該公司提供晶體管級別的EM/IR分析，可覆蓋較大數量級的晶體管，其中的流片工作也是該公司此前從未達到的水平。mPower可模擬晶體管的數量級可達十萬甚至上百萬。

　　人工智能計算解決方案領先開發(fā)商Esperanto Technologies的VLSI副總裁Darren Jones 表示：“在使用 mPower 之前，我們無法在1000多個內核的 64 位 RISC-V 人工智能芯片上執(zhí)行單次全芯片 的 EM/IR 分析，使用 mPower 之后，我們只需很少的資源就能夠在服務器場上運行 240 億個晶體管的 7nm 人工智能芯片，周轉時間也優(yōu)于我們從前預期?！?/p>

　　最后，安森美是一個傳感器企業(yè)，該公司的芯片為半模擬半數字類型，同時又與傳感器陣列結合，因此要求解決方案必須拓展至模擬與數字化才可進行細節(jié)分析進而交付客戶。該公司起初在芯片核心出現了一些運行不穩(wěn)定的問題，西門子快速與其在數字化方面進行合作，以組建與合規(guī)材料的積極改進，并且在此后也進行了全芯片的分析，可同時進行數字和模擬的拓展。這個結果是該公司追求多年而不得的。

　　寫在最后

　　“西門子進入EDA市場主要是通過收購Mentor Graphics，可以看到我們的戰(zhàn)略主要就是進行良性競爭，提供最佳的解決方案，使得我們客戶的生產力以及成本得到最優(yōu)化，所以我們的重點就是驅動更加快速可靠的工具，從關于一個方案的想法到制造整體流程的推動?！盝oseph Davis如是說。

　　mPower是了解了當下和未來模擬和數字的需求，而發(fā)展成的一種新的系統(tǒng)，它能夠解決現在新興的問題，而不是解決十年前就存在的老舊問題?？偠灾?，mPower是全球首款全芯片EM/IR分析工具，它不僅有模擬功能的突破，也有數字功能的超越。