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過去，集成電路行業(yè)在數(shù)字電路的縮放上投入了大量的資金和關(guān)注，數(shù)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(shù)字計(jì)算能力的需求似乎永無止境，但我們正在進(jìn)入一個(gè)模擬和數(shù)字融合的時(shí)代。技術(shù)的不斷發(fā)展，也推動(dòng)了EDA軟件的前進(jìn)�，F(xiàn)在隨著日常生活的日漸智能化將推動(dòng)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)投產(chǎn)項(xiàng)目出現(xiàn)新的增長領(lǐng)域，例如5G、物聯(lián)網(wǎng)、車載ADAS和物聯(lián)網(wǎng)等等，在這其中，模擬模塊和電源域成為增長最快的芯片設(shè)計(jì)元件。然而，在模擬領(lǐng)域，市場上尚無一款全方位的EDA電源分析軟件。

尺寸和復(fù)雜性不斷攀升，對電源EDA提出新需求

在5nm至28nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，模擬模塊的數(shù)量以10%-15%的年復(fù)合增長率增長。與此同時(shí)，覆蓋所有技術(shù)節(jié)點(diǎn)的電源域數(shù)量也在增長，技術(shù)節(jié)點(diǎn)越先進(jìn)其增長越快。傳感器是推動(dòng)后端計(jì)算增長的前端產(chǎn)品，從2015年到2025年，連接到互聯(lián)網(wǎng)的半導(dǎo)體傳感器以34%的年復(fù)合增長率增長。我們必須保證這些終端產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)更好的續(xù)航和更好的電池性能。為了達(dá)成這樣的目標(biāo)，就需要針對功耗管理來投入更多，因此就增加了芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

尺寸和復(fù)雜性的不斷增加使得我們迫切需要大規(guī)模的模擬和數(shù)字電源完整性解決方案。模擬系統(tǒng)需要在功率上實(shí)現(xiàn)突破才能與時(shí)俱進(jìn)，然而集成電路IC設(shè)計(jì)師們發(fā)現(xiàn)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(shí)適用于模擬、數(shù)字和混合信號IC設(shè)計(jì)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(yàn)證？電源完整性分析評估電路，主要用來確定電路在實(shí)現(xiàn)時(shí)是否能提供其設(shè)計(jì)/預(yù)期性能和可靠性。一個(gè)完整的電源完整性分析解決方案包括三個(gè)主要部分：首先是電源功耗，需要驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)的芯片設(shè)計(jì)將提供不同工作模式下的總預(yù)測功率。然后是性能，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)并消除可能影響性能和產(chǎn)品壽命的布局實(shí)施問題，如電磁、自熱等。

為了獲得芯片級的功率完整性，IC設(shè)計(jì)公司必須運(yùn)行全芯片電遷移(EM)和電壓降(IR)分析，以確保電網(wǎng)能夠向設(shè)備提供必要的電流，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。然而過去，大尺寸復(fù)雜模擬系統(tǒng)經(jīng)常是在未進(jìn)行詳細(xì)EM/IR分析的情況下就送去制造生產(chǎn)，大型模擬電路的EM/IR分析是設(shè)計(jì)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(xì)的EM 和 IR分析會使整個(gè)系統(tǒng)陷入風(fēng)險(xiǎn)。

在電源完整性領(lǐng)域，西門子EDA已經(jīng)有很多非常重要的工具，比如在設(shè)計(jì)端有PowerPro優(yōu)化RTL和預(yù)測功耗，能夠在RTL階段進(jìn)行門級預(yù)測。在芯片級有Calibre PERC，主要是對電氣過應(yīng)力的驗(yàn)證，還有靜電放電保護(hù)。同時(shí)還有用于封裝的HyperLynx的分析工具。

而針對模擬和數(shù)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(shù)字EM/IR的EDA工具

西門子數(shù)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(shù)字和混合信號 IC 設(shè)計(jì)提供近乎無限擴(kuò)展性的 IC 電源完整性驗(yàn)證解決方案，即便對于最大規(guī)模的 IC 設(shè)計(jì)，也能夠?qū)崿F(xiàn)全面的電源、電遷移 (EM) 和壓降 (IR) 分析。

據(jù)西門子數(shù)字化工業(yè)軟件 Calibre interfaces和mPower 電源完整性分析工具產(chǎn)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(jìn)行一些幾乎無限制的、以云為基礎(chǔ)的硬件和工業(yè)化軟硬件的拓展性需求。它不僅可以推動(dòng)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(dòng)態(tài)以及完美地融入設(shè)計(jì)流程中；還可以和任何模擬器或提取器進(jìn)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(kuò)展式 EM/IR 引擎還可為所有數(shù)字 IC 設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。這種數(shù)字化解決方案可以輕松地集成到現(xiàn)有各種設(shè)計(jì)流程之中，提供世界一流的電源分析功能，每臺機(jī)器僅需消耗很低的存儲容量即可實(shí)現(xiàn)，即便對于最大規(guī)模的數(shù)字設(shè)計(jì)也依然適用。

能夠?qū)崿F(xiàn)模擬功能的突破以及數(shù)字功能超越的原因是，mPower基于實(shí)體考量且針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)引擎而進(jìn)行設(shè)計(jì)。這意味著只需要非常小的內(nèi)存即可運(yùn)行在任何單個(gè)服務(wù)器，也是通常的“最大內(nèi)存最小化”。這一點(diǎn)體現(xiàn)在使用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算、數(shù)據(jù)加載以及仿真報(bào)告的環(huán)節(jié)中，所以最終mPower能以最低的成本實(shí)現(xiàn)最短的周轉(zhuǎn)時(shí)間。

除此之外，mPower可進(jìn)行大容量 (HC) 動(dòng)態(tài)分析，即能涵蓋上百萬個(gè)晶體管而進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，覆蓋設(shè)計(jì)全流程，在任何規(guī)模上都可充滿信心地實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)以及任意規(guī)模的 2.5/3D IC 實(shí)作，還可以輕松集成至現(xiàn)有的設(shè)計(jì)流程之中。在mPower的幫助下，IC 設(shè)計(jì)人員能夠快速充分地驗(yàn)證其設(shè)計(jì)是否達(dá)到了與電源相關(guān)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，這種能力可以幫助IC 客戶提升產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)可靠性并加快產(chǎn)品的面市速度。

mPower客戶反響如何？

目前mPower已獲得了多個(gè)客戶的認(rèn)可，首先是MaxLinear，該公司已經(jīng)使用了mPower很長時(shí)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(shí)間與資金，也提升了客戶對于mPower的信心。

第二個(gè)案例是Efinix ，該公司的FPGA為一款數(shù)字化芯片，由于傳統(tǒng)的EM/IR并不適用于這款芯片的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法，也為此與供應(yīng)商進(jìn)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(shù)量級的晶體管，其中的流片工作也是該公司此前從未達(dá)到的水平。mPower可模擬晶體管的數(shù)量級可達(dá)十萬甚至上百萬。

人工智能計(jì)算解決方案領(lǐng)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(gè)內(nèi)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(wù)器場上運(yùn)行 240 億個(gè)晶體管的 7nm 人工智能芯片，周轉(zhuǎn)時(shí)間也優(yōu)于我們從前預(yù)期。”

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

寫在最后

“西門子進(jìn)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(jìn)行良性競爭，提供最佳的解決方案，使得我們客戶的生產(chǎn)力以及成本得到最優(yōu)化，所以我們的重點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)更加快速可靠的工具，從關(guān)于一個(gè)方案的想法到制造整體流程的推動(dòng)。”Joseph Davis如是說。

mPower是了解了當(dāng)下和未來模擬和數(shù)字的需求，而發(fā)展成的一種新的系統(tǒng)，它能夠解決現(xiàn)在新興的問題，而不是解決十年前就存在的老舊問題。總而言之，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(shù)字功能的超越。

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西門子祭出電源EDA大招：“一網(wǎng)打盡”模擬和數(shù)字IC設(shè)計(jì)

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