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不久前，Cadence公司舉辦的CDNLive 2019大會(huì)將智能系統(tǒng)設(shè)計(jì) （Intelligent System Design）戰(zhàn)略設(shè)置為主題，智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)涉及到芯片相關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)，而要真正實(shí)現(xiàn)從芯片到系統(tǒng)的復(fù)雜設(shè)計(jì)和落地，EDA工具是基礎(chǔ)，其中，面臨很大挑戰(zhàn)的是EM的3D仿真。

Cadence系統(tǒng)仿真事業(yè)部資深軟件工程總監(jiān)Jian Liu認(rèn)為，對(duì)于大規(guī)模系統(tǒng)而言，EM的3D仿真首要解決的挑戰(zhàn)是保證模型運(yùn)算結(jié)果的精確度，此外還有仿真成本效益以及設(shè)計(jì)工具鏈資源的無(wú)縫對(duì)接。

“就芯片設(shè)計(jì)而言，制程工藝演進(jìn)到3D結(jié)構(gòu)，物理距離的縮短會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部的電場(chǎng)耦合越來(lái)越強(qiáng)，這就需要真正的3D電子場(chǎng)來(lái)仿真，以避免電路之間的串?dāng)_。電子場(chǎng)仿真可以在信號(hào)傳播的時(shí)候既自身無(wú)損又不干擾別人?！盝ian Liu表示，“就系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，比如5G采用了微波，過(guò)去長(zhǎng)波中可以忽略的小問(wèn)題現(xiàn)在會(huì)放大產(chǎn)生很大的影響，另外高密度的天線耦合等，都需要很精確的3D電子仿真?！?/div>

Cadence多物理系統(tǒng)分析事業(yè)部產(chǎn)品總監(jiān)Jerry Zhao表示，像汽車這類大規(guī)模的中心系統(tǒng)，不僅僅是電子場(chǎng)，也是多物理部件的耦合，其復(fù)雜度大大增加，并且高速并行的大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸也帶來(lái)高頻串?dāng)_的問(wèn)題。這些都需要高速的軟件工具來(lái)更精確地分析、模擬，然后優(yōu)化。

一個(gè)典型的例子是112G SerDes的長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸。由于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和5G通信等應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)中心的以太網(wǎng)端口帶寬提出了更高的要求，400G乃至800G以太網(wǎng)端口將成為主流，112G SerDes也將成為主流配置。去年底，Cadence曾發(fā)布長(zhǎng)距離7nm 112G SerDes的IP，而目前FPGA中的頂配也都是112G SerDes。

Jian Liu表示，要保證信號(hào)在112G速率上沒(méi)有誤差的長(zhǎng)距離傳輸——即所謂黃金標(biāo)準(zhǔn)——系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要真正的整體的3D分析，但目前的3D建模工具都無(wú)法保證模型運(yùn)算結(jié)果的精確度。因?yàn)槟壳爸饕腅M仿真受限于速度和處理能力制，會(huì)簡(jiǎn)化或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)切分成更小的片段，以適應(yīng)本地運(yùn)行的計(jì)算資源，這種為了提高仿真效率而人為對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪切的偽3D方法會(huì)帶來(lái)仿真精度降低的風(fēng)險(xiǎn)。

這實(shí)際上是一個(gè)成本效益的問(wèn)題。硅基板、剛?cè)岚搴投郉ie堆疊的3D封裝的高度復(fù)雜結(jié)構(gòu)必須在3D環(huán)境精確建模，才能實(shí)現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和高速信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。因此，互連結(jié)構(gòu)的優(yōu)化必須進(jìn)行數(shù)十次復(fù)雜結(jié)構(gòu)的場(chǎng)提取和仿真，而為了滿足這類工作負(fù)荷需求，傳統(tǒng)的EM仿真程序必須運(yùn)行在大型、昂貴的高性能服務(wù)器上，成本較高。

Cadence在今年4月份推出的Clarity 3D Solver解決了上述痛點(diǎn)。據(jù)Jian Liu介紹，作為Cadence系統(tǒng)分析戰(zhàn)略的首款產(chǎn)品，Clarity 3D Solver的EM仿真性能比傳統(tǒng)產(chǎn)品提高了10倍，提供了無(wú)限制的處理能力，改變了以往分析工具只能進(jìn)行點(diǎn)分析的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了分析與構(gòu)建的集成，并且其仿真精度能夠夠達(dá)到黃金標(biāo)準(zhǔn)。

“Clarity的創(chuàng)新在于真正的大規(guī)模并行計(jì)算。通過(guò)分解難以解決的大規(guī)模復(fù)雜問(wèn)題，降低算法復(fù)雜度——一個(gè)革命性的算法——同時(shí)無(wú)損，并通過(guò)容錯(cuò)來(lái)保證可靠性?！盝ian Liu說(shuō)，“Clarity采用獨(dú)特的分布式自適應(yīng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，內(nèi)存要求比傳統(tǒng)3D場(chǎng)求解器顯著降低，能夠充分利用成本效益更高的云計(jì)算和本地分布式計(jì)算，使得仿真任務(wù)支持調(diào)用數(shù)以百計(jì)的CPU進(jìn)行求解，而不再需要大型的、專用的、昂貴的服務(wù)器?！?/div>

Clarity的這一特性為那些擁有桌面電腦、高性能計(jì)算或云計(jì)算資源的工程師提供了優(yōu)化計(jì)算資源預(yù)算的選擇，使得他們更容易地解決芯片、封裝、PCB、接插件和電纜設(shè)計(jì)等復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的EM挑戰(zhàn)。Jerry Zhao表示，除了接受CloudBurst云平臺(tái)——支持功能驗(yàn)證、電路仿真、庫(kù)特性和驗(yàn)收工具——的支持，作為Cadence產(chǎn)品家族的一員，Clarity不僅可以讀取所有標(biāo)準(zhǔn)芯片和IC封裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，也可以更容易地對(duì)接Cadence其他工具的資源，包括與Virtuoso、Cadence SiP和Allergro實(shí)現(xiàn)平臺(tái)集成（在Allegro和Virtuoso環(huán)境下設(shè)計(jì)三維結(jié)構(gòu)，在分析工具中優(yōu)化后導(dǎo)回設(shè)計(jì)工具中，而無(wú)需重新繪制。）；與Cadence Sigrity 3DWorkbench同時(shí)使用，可以將電纜和接插件等機(jī)械結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合，并將機(jī)電互連結(jié)構(gòu)建模為單一的整體模型。

總的來(lái)看，Clarity 3D Solver體現(xiàn)了Cadence系統(tǒng)分析戰(zhàn)略的特質(zhì)，也反映出在大規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，EDA工具作為基礎(chǔ)設(shè)施所要解決的那些關(guān)鍵性問(wèn)題的趨勢(shì)。值得留意的是，Cadence已經(jīng)成立了系統(tǒng)分析事業(yè)部，專門針對(duì)IC、封裝、PCB和全系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題提供解決方案，這意味著該公司的服務(wù)正在從芯片走向系統(tǒng)，這是一個(gè)更大的市場(chǎng)。

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智能系統(tǒng)設(shè)計(jì) EDA工具面臨新挑戰(zhàn)

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