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SPICE 仿真遇到前所未有的挑战!

来源:Cadence楷登

#Cadence#

#SPICE仿真#

2022-10-21

SPICE 仿真器自诞生以来,几乎成为了所有集成电路设计人员都采用的必不可少的工具。但随着工艺发展和电路设计复杂度的提升,我们面对的仿真需求越来越多,要处理的电路设计规模越来越大,SPICE 仿真工具因而遇到了前所未有的挑战:

  • 仿真时间太长?

  • 仿真的容量太大,传统的工具都处理不了?

  • 工艺角数目太多,不知道如何实现全面准确的验证?

Spectre 仿真平台可以有效解决这些问题。Spectre 仿真平台是一套完整的模拟/射频、存储器(Memory)和混合信号的验证解决方案,是与 Cadence 其他流程集合提供行业领先功能的仿真器最强小队。

Cadence® Spectre® Simulation Platform 包含多个仿真器,设计者能够轻而易举地在电路级、模块级以及系统级仿真任务之间无缝切换。该平台基于统一的语法分析、器件模型、硬件描述语言行为建模、输入输出数据格式等技术,仿真结果都保持一致且准确。除此之外,Spectre 仿真技术还很好地集成到其他 Cadence 技术平台,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

为您提供业界最全面的跨领域仿真解决方案。

首先,给您分享几个典型应用案例:

案例一

某知名存储器(Memory)设计制造厂商,在仿真与验证的过程中发现,针对一个 60 万个晶体管的设计,Spectre X 的精度与 APS 相差 0.21% 左右,Spectre FX 的提升速度更是达到了惊人的 72 倍。后来在拥有 5 百多万晶体管的全芯片验证过程中,Spectre FX 的仿真结果在精准度和速度上的表现都相当让人满意。尤其在功耗验证的情况下,速度提升在 Base mode 的 10 倍左右,占用的存储空间更少了。

案例二

某知名模拟设计厂商,在仿真与验证的过程中发现,针对一个 99 万个电路节点、140 万寄生电容以及 370 万寄生电路的后仿设计,Spectre X RF 的精度与 Spectre APS RF 相差 0.1% 左右,但 Spectre X RF 的速度约是 APS RF 的 8 倍,且使用的内存从之前的 1200G 降低到约 800G。

案例三

一个包含 29 万个晶体管,110 万个寄生电阻和 160 万个寄生电容的先进工艺混合信号设计,工作在 8 Ghz 左右,在后仿时,以前的方案要跑 33 小时;后来采用了 Spectre FX,直接加速至少 2.4 倍。鉴于这个成功的尝试,用户又在一个以前方案不能跑出正确结果的案例上使用 Spectre FX。这个工作在 8 Ghz 拥有 16 万晶体管,1900 万寄生电阻和 84 万寄生电容的先进工艺下的 PLL,结果仅仅是 Spectre FX Base Mode(最高精度)就达到了同上的效果。

基于前面两个案例的成功尝试,他们再接再厉,在一个先进工艺下拥有 3.1 万个晶体管的混合电路上测试,工作频率达到 32Ghz,以前方案的结果是完全不被接受和不精准的。这次采用了 AMS + Spectre FX 的方式,数字逻辑符合预期,眼图清晰可见,同时 Spectre FX 在 AMS 的环境里简单易用,仿真的时间节省了不少。另外,他们发现快速模式与 Base Mode 的混合设置,是在其他的仿真器里不具备的独特特点。

Spectre 技术方案

  • 多种高效仿真引擎助力攻坚克难

  • 和 Cadence 其他技术平台很好的集成

多种高效仿真引擎助力攻坚克难

Spectre X

作为最新一代的 Spectre 技术,Spectre X 不以牺牲模拟仿真精度为代价来换取性能提升,且支持多线程多进程技术。更重要的是,与 Spectre APS 相比,Spectre® X 仿真器在使用更多 CPU 核基础上可以实现更高的 CPU 利用率。

特有的 Xscale 专利技术带来了以下仿真速度和容量上的突破:

  • 新的数值分析技术可求解更大的方程矩阵,且速度提升 2-3 倍,同时不会损失仿真精度。用于先进 MOS 器件和互连的建模方法经过优化,性能更是提升了额外 1.5 倍

  • 数据处理方式的改进促进了对于内存的有效使用,因而可处理最大可达 5 倍于之前容量的后仿电路网表。

  • 将仿真任务分配到多个 CPU 上并利用现代云计算架构实现可扩展的大规模并行仿真,可实现性能 1.5-2 倍的提升。

Spectre AMS Designer

混合信号设计领域波涛汹涌,设计人员可能面临的风险比以前增大了 10 倍。有些挑战是显而易见的,如漫长的模拟仿真运行时间、大量模拟设计控制序列、模式和控制位的验证,以及复杂电源管理方案的测试验证。

面对这些挑战,Spectre AMS 将模拟和数字领域的所有可用技术结合起来,让设计人员可以为客户开发适用于该设计技术的特定流程。且无论需求定义是什么,这个方案都能满足需求。

  • 使用可靠的 Spectre 模拟仿真和 Xcelium 数字仿真技术确保设计质量。

  • 支持 Virtuoso ADE Product Suite 中的模拟设计流程使用模式和 Xcelium 环境中的数字验证使用模式。

  • 支持更高级别的抽象和加速仿真能实现快速周转时间,全部可视的原理图和更加高效的 AMS debug 功能,更有效地发现设计问题。

新的 Cadence MS 调试流程

Spectre FX

新一代 FastSPICE 技术的优势:

  • 从底层架构全新打造的 FastSPICE 仿真引擎,与其他 FastSPICE 仿真器相比,可扩展创新型 FastSPICE 架构为客户提供了高达 3 倍的性能提升,同时具备同等的所需精度。

  • 提供高达 32 个内核的多线程可扩展性和同级最佳的使用模式,兼顾可以预测的精度与速度。

  • 适用于所有的 FastSPICE 应用,并与现有的 Spectre/SPICE 和 ADE 流程无缝集成。

Spectre X RF

为 RFIC 电路提供准确快速的仿真结果,包括具有周期性稳态分析(PSS)、小信号和噪声分析,以及谐波平衡(HB)分析功能,可在不损失精度的情况下最大限度地提高性能。借助 Spectre X 架构,HB 分析可以分布到单台服务器或多台服务器上的多个 CPU 核心,更快地完成仿真任务。

Spectre EMIR Solution

利用 Cadence Voltus™-XFi 定制功耗完整性解决方案提供专用的晶体管级的电迁移和 IR 压降(EM-IR)分析,提供一站式 EMIR 分析方法,让电路设计工程师专注且高效地分析 EMIR。

原生内置到 Spectre 的 EM/IR

和 Cadence 其他技术平台很好的集成

Spectre Integration

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

  • Spectre 仿真平台支持通过器件和电路检查(Checks&Asserts),并在 ADE 中提供高效的仿真数据分析方式。

  • Spectre CMI(通用模型接口)提供了最先进的内置器件模型,客户可以预编译模型和链接到 CMI,也可以使用编译的 VerilogA 创建自定义模型。

  • Spectre Circuit Simulator 可以对 Mismatch 以及 Process Variation 进行蒙特卡罗分析,通过将 Spectre 集成到 ADE 中,实现高级统计分析。

  • Spectre X Simulator 添加了 Legato 可靠性分析的解决方案,来进行先进的老化分析、电热分析和模拟缺陷分析。

全面的定制仿真解决方案

最后,让我们再来听听业界大佬的声音

 MediaTek公司模拟设计及技术总经理 Ching San Wu 先生“我们使用Spectre X仿真器仿真了先进的 5G 设计。即使把后仿寄生抽取产生的大量寄生参数考虑在内,所需的仿真时间缩短了 7 倍。这一验证流程将为 MediaTek 的客户和消费者带来更高的收益和可靠性。”

SK hynix, Inc. 计算机辅助工程主管 Do Chang-ho 先生“我们的 DRAM 设计需要在多个工艺角进行多次高精度芯片级 FastSPICE 仿真,以确保它们的时序、功耗和其他属性满足严苛的规范要求,同时要按时向 PC 和移动计算市场交付我们的产品。通过与 Cadence 合作,Spectre FX FastSPICE 仿真器已通过认证并部署在生产中,用于 PC 和移动 DRAM 验证,并且将扩展到 HBM 和图形 DRAM。Spectre FX 仿真器实现了设计方法的突破并显著提高了生产效率。”

瑞萨电子设计自动化部门,公共 R&D 分部,广泛技术解决方案事业部总监,Nobuhiko Goto 先生:“模拟仿真验证对汽车和工业领域的先进 SoC 设计越来越重要。我们是最早采用 Spectre X 仿真器的用户之一,并亲身体验了它带来的 10 倍性能提升,且同时保持 SPICE 精度。我们期待在实际产品设计中使用 Spectre X 仿真器,满足设计对性能和容量提升的要求。”

Cadence Spectre 平台在超过 25 年的时间里一直是业内领先的模拟/射频集成电路、存储器(Memory)和混合信号的验证仿真解决方案。我们始终致力于为客户提供可久经验证的准确度和性能优势。我们不断完善 Spectre 产品组合,为客户带来高精确和快速的仿真解决方案。Cadence Spectre 仿真平台加速 SoC 设计验证,助您实现更快的产品上市目标。

如您需了解更多这部分的内容,请扫描二维码或点击“阅读原文”注册申请我们的 Spectre 资料包:

  • Spectre X/FX Simulator 产品手册

  • Spectre 技术小贴士

1. 如何提高 Spectre X 仿真性能使用

2. Spectre X 分布式仿真提高性能和容量

3. Spectre XDP HB(分布式 HB)简介

4. Spectre X EMIR Voltus-XFi 简介

注:注册成功且通过 Cadence 审核的用户可获得完整版PPT资料。审核通过后 Cadence 会将 PPT 发送至您的邮箱,提供您的公司邮箱地址通过审核的几率更大哦。

关于 Cadence

Cadence 在计算软件领域拥有超过 30 年的专业经验,是电子系统设计产业的关键领导者。基于公司的智能系统设计战略,Cadence 致力于提供软件、硬件和 IP 产品,助力电子设计从概念成为现实。Cadence 的客户遍布全球,皆为最具创新能力的企业,他们向超大规模计算、5G 通讯、汽车、移动设备、航空、消费电子、工业和医疗等最具活力的应用市场交付从芯片、电路板到完整系统的卓越电子产品。Cadence 已连续八年名列美国财富杂志评选的 100 家最适合工作的公司。如需了解更多信息,请访问公司网站 cadence.com。

责编: 爱集微

爱集微

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