SPICE仿真的典型應(yīng)用案例及應(yīng)用挑戰(zhàn)

SPICE 仿真器自誕生以來，幾乎成為了所有集成電路設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)全面準(zhǔn)確的驗(yàn)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(yàn)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(qiáng)小隊(duì)。

Cadence Spectre Simulation Platform 包含多個仿真器，設(shè)計(jì)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(zhǔn)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。

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(jì)制造廠商，在仿真與驗(yàn)證的過程中發(fā)現(xiàn)，針對一個 60 萬個晶體管的設(shè)計(jì)，Spectre X 的精度與 APS 相差 0.21% 左右，Spectre FX 的提升速度更是達(dá)到了驚人的 72 倍。后來在擁有 5 百多萬晶體管的全芯片驗(yàn)證過程中，Spectre FX 的仿真結(jié)果在精準(zhǔn)度和速度上的表現(xiàn)都相當(dāng)讓人滿意。尤其在功耗驗(yàn)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(jì)廠商，在仿真與驗(yàn)證的過程中發(fā)現(xiàn)，針對一個 99 萬個電路節(jié)點(diǎn)、140 萬寄生電容以及 370 萬寄生電路的后仿設(shè)計(jì)，Spectre X RF 的精度與 Spectre APS RF 相差 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(jìn)工藝混合信號設(shè)計(jì)，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 8 Ghz 擁有 16 萬晶體管，1900 萬寄生電阻和 84 萬寄生電容的先進(jìn)工藝下的 PLL，結(jié)果僅僅是 Spectre FX Base Mode（最高精度）就達(dá)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(jìn)工藝下?lián)碛?3.1 萬個晶體管的混合電路上測試，工作頻率達(dá)到 32Ghz，以前方案的結(jié)果是完全不被接受和不精準(zhǔn)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(dú)特特點(diǎn)。

Spectre 技術(shù)方案

多種高效仿真引擎助力攻堅(jiān)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(jiān)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(jìn)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(shí)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(jìn) 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(jìn)促進(jìn)了對于內(nèi)存的有效使用，因而可處理最大可達(dá) 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(jì)算架構(gòu)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的大規(guī)模并行仿真，可實(shí)現(xiàn)性能1.5-2 倍的提升。

Spectre AMS Designer

混合信號設(shè)計(jì)領(lǐng)域波濤洶涌，設(shè)計(jì)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(yùn)行時間、大量模擬設(shè)計(jì)控制序列、模式和控制位的驗(yàn)證，以及復(fù)雜電源管理方案的測試驗(yàn)證。

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(jì)人員可以為客戶開發(fā)適用于該設(shè)計(jì)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(jì)質(zhì)量。

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

支持更高級別的抽象和加速仿真能實(shí)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(jì)問題。

新的 Cadence MS調(diào)試流程

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(kuò)展創(chuàng)新型 FastSPICE 架構(gòu)為客戶提供了高達(dá) 3 倍的性能提升，同時具備同等的所需精度。

提供高達(dá) 32 個內(nèi)核的多線程可擴(kuò)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。

Spectre X RF

為 RFIC 電路提供準(zhǔn)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)。

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(jì)工程師專注且高效地分析 EMIR。

原生內(nèi)置到 Spectre 的 EM/IR

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(jìn)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(jìn)行蒙特卡羅分析，通過將 Spectre 集成到 ADE 中，實(shí)現(xiàn)高級統(tǒng)計(jì)分析。

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