《電子技術(shù)應(yīng)用》
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SPICE仿真遇到前所未有的挑戰(zhàn)!

2022-09-07
作者:Cadence曾義,李晴
來源: EETOP

  SPICE仿真器自誕生以來,幾乎成為了所有集成電路設(shè)計人員都采用的必不可少的工具。但隨著工藝發(fā)展和電路設(shè)計復(fù)雜度的提升,我們面對的仿真需求越來越多,要處理的電路設(shè)計規(guī)模越來越大,SPICE仿真工具因而遇到了前所未有的挑戰(zhàn):

  仿真時間太長?

  仿真的容量太大,傳統(tǒng)的工具都處理不了?

  工藝角數(shù)目太多,不知道如何實現(xiàn)全面準確的驗證?


  Spectre仿真平臺可以有效解決這些問題。

  Spectre仿真平臺是一套完整的模擬/射頻、存儲器(Memory)和混合信號的驗證解決方案,是與 Cadence 其他流程集合提供行業(yè)領(lǐng)先功能的仿真器最強小隊。

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  Cadence? Spectre?Simulation Platform 包含多個仿真器,設(shè)計者能夠輕而易舉地在電路級、模塊級以及系統(tǒng)級仿真任務(wù)之間無縫切換。該平臺基于統(tǒng)一的語法分析、器件模型、硬件描述語言行為建模、輸入輸出數(shù)據(jù)格式等技術(shù),仿真結(jié)果都保持一致且準確。除此之外,Spectre 仿真技術(shù)還很好地集成到其他 Cadence 技術(shù)平臺,包括:

  Xcelium? Logic Simulation

  Liberate? Trio Characterization Suite

  Legato? Reliability Solution

  Virtuoso? ADE Product Suite

  Voltus?-XFi Custom Power Integrity Solution

  Virtuoso RF Solution

  為您提供業(yè)界最全面的跨領(lǐng)域仿真解決方案。

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  首先, 給您分享幾個典型應(yīng)用案例

  案例一

  某知名存儲器(Memory)設(shè)計制造廠商,在仿真與驗證的過程中發(fā)現(xiàn),針對一個60萬個晶體管的設(shè)計,Spectre X的精度在APS的0.21%左右,Spectre FX的提升速度更是達到了驚人的72倍。后來在擁有5百多萬晶體管的全芯片驗證過程中,Spectre FX的仿真結(jié)果在精準度和速度上的表現(xiàn)都相當(dāng)讓人滿意。尤其在功耗驗證的情況下,速度提升在Base mode的10倍左右,占用的存儲空間更少了。


  案例二

  某知名模擬設(shè)計廠商,在仿真與驗證的過程中發(fā)現(xiàn),針對一個99萬個電路節(jié)點、140萬寄生電容以及370萬寄生電路的后仿設(shè)計,Spectre X RF的精度在Spectre APS RF的0.1%左右 ,但Spectre X RF的速度約是APS RF的8倍,且使用的內(nèi)存從之前的1200G降低到約800G。


  案例三

  一個包含29萬個晶體管,110萬個寄生電阻和160萬個寄生電容的先進工藝混合信號設(shè)計,工作在8 Ghz左右,在后仿時,以前的方案要跑33小時;后來采用了Spectre FX,直接加速至少2.4倍。鑒于這個成功的嘗試,用戶又在一個以前方案不能跑出正確結(jié)果的案例上使用Spectre FX。這個工作在8Ghz擁有16萬晶體管,1900萬寄生電阻和84萬寄生電容的先進工藝下的PLL,結(jié)果僅僅是Spectre FX Base Mode(最高精度)就達到了同上的效果。

  基于前面兩個案例的成功嘗試,他們再接再厲,在一個先進工藝下?lián)碛?.1萬個晶體管的混合電路上測試,工作頻率達到32Ghz,以前方案的結(jié)果是完全不被接受和不精準的。這次采用了AMS + Spectre FX的方式,數(shù)字邏輯符合預(yù)期,眼圖清晰可見,同時Spectre FX在AMS的環(huán)境里簡單易用,仿真的時間節(jié)省了不少。另外,他們發(fā)現(xiàn)快速模式與Base Mode的混合設(shè)置,是在其他的仿真器里不具備的獨特特點。

  Spectre技術(shù)方案

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  多種高效仿真引擎助力攻堅克難

  和Cadence 其他技術(shù)平臺很好的集成

  

  多種高效仿真引擎助力攻堅克難

  Spectre X

  作為最新一代的 Spectre 技術(shù),Spectre X 不以犧牲模擬仿真精度為代價來換取性能提升,且支持多線程多進程技術(shù)。更重要的是,與 Spectre APS 相比,Spectre? X 仿真器在使用更多CPU核基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)更高的CPU利用率。

  特有的Xscale 專利技術(shù)帶來了以下仿真速度和容量上的突破:

  新的數(shù)值分析技術(shù)可求解更大的方程矩陣,且速度提升 2-3 倍,同時不會損失仿真精度。用于先進 MOS 器件和互連的建模方法經(jīng)過優(yōu)化,性能更是提升了額外 1.5 倍

  數(shù)據(jù)處理方式的改進促進了對于內(nèi)存的有效使用,因而可處理最大可達5倍于之前容量的后仿電路網(wǎng)表

  將仿真任務(wù)分配到多個 CPU上并利用現(xiàn)代云計算架構(gòu)實現(xiàn)可擴展的大規(guī)模并行仿真,可實現(xiàn)性能 1.5-2 倍的提升

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  Spectre AMS Designer

  混合信號設(shè)計領(lǐng)域波濤洶涌,設(shè)計人員可能面臨的風(fēng)險比以前增大了 10 倍。有些挑戰(zhàn)是顯而易見的,如漫長的模擬仿真運行時間、大量模擬設(shè)計控制序列、模式和控制位的驗證,以及復(fù)雜電源管理方案的測試驗證。

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  面對這些挑戰(zhàn),Spectre AMS 將模擬和數(shù)字領(lǐng)域的所有可用技術(shù)結(jié)合起來,讓設(shè)計人員可以為客戶開發(fā)適用于該設(shè)計技術(shù)的特定流程。且無論需求定義是什么,這個方案都能滿足需求。

  使用可靠的Spectre模擬仿真和Xcelium 數(shù)字仿真技術(shù)確保設(shè)計質(zhì)量。

  支持Virtuoso ADE Product Suite中的模擬設(shè)計流程使用模式和Xcelium環(huán)境中的數(shù)字驗證使用模式。

  支持更高級別的抽象和加速仿真能實現(xiàn)快速周轉(zhuǎn)時間,全部可視的原理圖和更加高效的AMS debug功能,更有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題。

  新的 Cadence MS 調(diào)試流程

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  Spectre FX

  新一代 FastSPICE 技術(shù)的優(yōu)勢:

  從底層架構(gòu)全新打造的FastSPICE仿真引擎,與其他 FastSPICE 仿真器相比,可擴展創(chuàng)新型FastSPICE架構(gòu)為客戶提供了高達 3 倍的性能提升,同時具備同等的所需精度。

  提供高達 32 個內(nèi)核的多線程可擴展性和同級最佳的使用模式,兼顧可以預(yù)測的精度與速度。

  適用于所有的FastSPICE 應(yīng)用,并與現(xiàn)有的 Spectre/SPICE 和 ADE 流程無縫集成。

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  Spectre X RF

  為 RFIC 電路提供準確快速的仿真結(jié)果,包括具有周期性穩(wěn)態(tài)分析(PSS)、小信號和噪聲分析,以及諧波平衡 (HB) 分析功能,可在不損失精度的情況下最大限度地提高性能。借助 Spectre X 架構(gòu),HB 分析可以分布到單臺服務(wù)器或多臺服務(wù)器上的多個CPU核心,更快地完成仿真任務(wù)。

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  Spectre EMIR Solution

  利用 Cadence Voltus?-XFi 定制功耗完整性解決方案提供專用的晶體管級的電遷移和 IR 壓降 (EM-IR) 分析,提供一站式EMIR分析方法,讓電路設(shè)計工程師專注且高效地分析EMIR。

  原生內(nèi)置到 Spectre 的 EM/IR

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  和Cadence其他技術(shù)平臺很好的集成

  Spectre Integration

  Spectre API 與 Liberate 集成,吞吐量比命令行使用模式提高 2-3 倍。

  Spectre 仿真平臺支持通過器件和電路檢查(Checks&Asserts),并在 ADE 中提供高效的仿真數(shù)據(jù)分析方式。

  Spectre CMI(通用模型接口)提供了最先進的內(nèi)置器件模型,客戶可以預(yù)編譯模型和鏈接到 CMI,也可以使用編譯的 VerilogA 創(chuàng)建自定義模型。

  Spectre Circuit Simulator 可以對Mismatch以及Process Variation進行蒙特卡羅分析,通過將 Spectre 集成到 ADE 中,實現(xiàn)高級統(tǒng)計分析。

  Spectre X Simulator 添加了Legato可靠性分析的解決方案,來進行先進的老化分析、電熱分析和模擬缺陷分析。

  全面的定制仿真解決方案

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  最后, 讓我們再來聽聽業(yè)界大佬的聲音


  MediaTek公司模擬設(shè)計及技術(shù)總經(jīng)理

  Ching San Wu 先生:

  “我們使用Spectre X仿真器仿真了先進的5G設(shè)計。即使把后仿寄生抽取產(chǎn)生的大量寄生參數(shù)考慮在內(nèi),所需的仿真時間縮短了7倍。這一驗證流程將為MediaTek的客戶和消費者帶來更高的收益和可靠性。


  SK hynix, Inc. 計算機輔助工程主管

  Do Chang-ho 先生:

  “我們的 DRAM 設(shè)計需要在多個工藝角進行多次高精度芯片級 FastSPICE 仿真,以確保它們的時序、功耗和其他屬性滿足嚴苛的規(guī)范要求,同時要按時向 PC 和移動計算市場交付我們的產(chǎn)品。通過與 Cadence 合作,Spectre FX FastSPICE 仿真器已通過認證并部署在生產(chǎn)中,用于 PC 和移動 DRAM 驗證,并且將擴展到 HBM 和圖形 DRAM。Spectre FX 仿真器實現(xiàn)了設(shè)計方法的突破并顯著提高了生產(chǎn)效率。


  瑞薩電子設(shè)計自動化部門,公共R&D分部,

  廣泛技術(shù)解決方案事業(yè)部總監(jiān),

  Nobuhiko Goto先生:

  模擬仿真驗證對汽車和工業(yè)領(lǐng)域的先進SoC設(shè)計越來越重要。我們是最早采用Spectre X仿真器的用戶之一,并親身體驗了它帶來的10倍性能提升,且同時保持SPICE精度。我們期待在實際產(chǎn)品設(shè)計中使用Spectre X仿真器,滿足設(shè)計對性能和容量提升的要求?!?/p>

  Cadence Spectre 平臺在超過 25 年的時間里一直是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的模擬/射頻集成電路、存儲器(Memory)和混合信號的驗證仿真解決方案。我們始終致力于為客戶提供可久經(jīng)驗證的準確度和性能優(yōu)勢。我們不斷完善 Spectre 產(chǎn)品組合,為客戶帶來高精確和快速的仿真解決方案。Cadence Spectre 仿真平臺加速 SoC 設(shè)計驗證,助您實現(xiàn)更快的產(chǎn)品上市目標。


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