Synopsys 通过统一电路仿真流程解决超融合 IC

随着芯片设计变得越来越复杂，超融合集成电路 (IC) 中汇集了多种组件和技术，分析系统的单一系统方法将是简化复杂性的合乎逻辑的方法。 Synopsys 正在通过统一的电路仿真工作流程 PrimeSim Continuum 解决这个问题，以应对当今用于内存、人工智能 (AI)、汽车和 5G 应用的异构架构芯片的复杂性和规模。

在 SNUG World 国际用户大会上推出的 PrimeSim Continuum 是一种一体化解决方案，由包括 PrimeSim SPICE、PrimeSim Pro、PrimeSim HSPICE 和 PrimeSim XA 在内的仿真引擎组成。这种设计环境提供了围绕所有 PrimeSim 引擎的无缝仿真体验，具有全面的分析、提高的生产力和易用性。它构成了 Synopsys 定制设计平台的基础。

今天的超融合片上系统 (SoC) 由集成在同一芯片或封装上的不同组件组成。这些可能包括更大更快的嵌入式存储器、模拟前端设备和复杂的 I/O 电路，这些电路以 100Gb+ 的数据速率与连接在系统级封装设计中的同一块硅片上的 DRAM 堆栈进行通信。这套多样化的模拟、数字和混合信号组件，其中一些构建在不同的工艺节点上，还可能使用 2.5D 或 3D 架构进行垂直集成，呈现出更高的复杂性。

这些与验证这些复杂设计相关的挑战随着先进技术工艺节点呈现出增加的寄生效应、工艺变异性和降低的裕度而扩大。这会导致更多的模拟、更长的运行时间和更高的精度影响到结果的总体时间、结果质量和结果成本。

Synopsys 产品管理组总监 Hany Elhak 在对embedded.com 发表讲话时说：“为了解决这个问题，您需要一个具有统一工作流程的仿真引擎系统。目前没有一种 SPICE 模拟器可以处理所有事情。”他表示需要同时处理IC设计的系统复杂性和规模复杂性。

这就是 PrimeSim Continuum 旨在解决的问题。它通过针对模拟、混合信号、RF、定制数字存储器设计调整的签核质量仿真引擎的统一工作流程解决了此类超融合设计的系统复杂性。 PrimeSim Continuum 使用下一代 SPICE 和 FastSPICE 架构和异构计算来优化 CPU 和 GPU 资源的使用，并缩短获得结果的时间和结果的成本。

作为复杂设计电路仿真需求的一个例子，考虑高带宽存储器 (HBM) 的出现，该存储器由与 3DIC 或 SiP 上的 SoC 集成的大型 3D 堆叠 DRAM 组成。 HBM 为 3D 堆叠同步 DRAM (SDRAM) 提供高速内存接口，在高性能数据中心和网络设备中与高性能图形加速器、AI ASIC 和 FPGA 一起使用。在这些内存芯片中，多个 DRAM 芯片与内存控制器垂直堆叠，所有芯片都通过硅通孔 (TSV) 和硅中介层上的微凸块互连。

设计人员需要验证 SiP 中存在的整个存储器子系统，这意味着在组件和子系统级别执行复杂的多维分析。为了实现功率和性能目标，必须解决新的复杂性带来的困难和更严格的限制。电路仿真工具需要能够支持：

• 分析多种技术和多种组件（逻辑、模拟、存储器、I/O）
• 不同类型的分析（模拟、数字、混合信号）
• 强大的子系统和芯片级分析能力
• 高级可靠性分析（电气、热、电热、时间）
• 信号完整性
• 变异性分析（过程、结构）

此外，随着这些设计扩展到先进技术节点，仿真数量大幅增加，以确保设计可靠并满足良率目标。挑战包括信号完整性的测量，例如，需要通过中介层进行分析。必须解决电热应力和更大的寄生效应等问题，以提高大规模制造所需的芯片可靠性。

从设计支持的角度来看，这提出了一个多维度的挑战，需要针对功耗、性能、面积 (PPA) 和成本收敛进行优化的工作流程。

Synopsys 首席运营官 Sassine Ghazi 表示：“PrimeSim Continuum 代表了电路仿真创新的革命性突破，在 GPU/CPU 上实现了异构计算加速，为 EDA 解决方案树立了新的标杆。我们每个设计领域的客户现在都可以从 PrimeSim Continuum 下一代技术的多年研发投资、创新和客户协作中受益，这些技术补充了我们的现代定制设计平台和 Verification Continuum。”

Elhak 表示，铠侠是早期访问客户的一个例子，他们正在使用新解决方案的各个方面，闪存是一个非常复杂的系统。铠侠内存设计集成了由内存、模拟、混合信号和定制数字模块组成的复杂系统，这些系统需要不同的设计和签核技术。

Kioxia SSD 应用工程技术主管 Shigeo (Jeff) Ohshima 说：“需要围绕通用电路仿真解决方案的融合工作流程来满足我们的结果时间和结果成本目标。 Synopsys 的 PrimeSim Continuums 是一种一体化解决方案，它集成了最好的 SPICE 和 FastSPICE 技术，可为我们的复杂设计提供准确性、速度和容量。 PrimeWave 设计环境提供了跨所有仿真学科的通用工作流程，从而实现了铠侠存储器设计的签核。有效协作和获取下一代技术是我们与 Synopsys 合作的基础。”

PrimeSim Pro 用于性能加速

Synopsys PrimeSim Pro 模拟器是 PrimeSim Continuum 的一部分，代表下一代 FastSPICE 架构，用于对现代 DRAM 和闪存设计进行快速和大容量分析。

围绕 DRAM 架构的持续技术扩展和创新导致更大、更复杂的内存设计需要更高的模拟性能和容量。据三星电子内存设计技术团队企业副总裁 Jung Yun Choi 介绍， 说：“Synopsys PrimeSim Pro 是我们创纪录的 FastSPICE 模拟器计划的下一代，可以在我们的全芯片供电网络设计中提供高达 5 倍的性能加速。 PrimeSim Pro 下一代架构可以跟上我们先进内存设计的容量需求，让我们能够满足我们积极的时间目标。”

英伟达的合作伙伴和客户

Synopsys PrimeSim SPICE 仿真器的下一代架构采用 Nvidia 的 GPU 技术，可显着提高性能，从而对模拟和 RF 设计进行综合分析，同时满足签核精度要求。

“随着现代计算工作负载的发展，模拟设计的规模和复杂性已经超出了传统电路模拟器的能力，”英伟达混合信号设计副总裁 Edward Lee 说。 “使用 NVIDIA GPU 使 PrimeSim SPICE 能够加速电路仿真，尤其是将模拟块的签核时间从几天缩短到几小时。”

三星电子执行副总裁兼代工设计平台开发负责人 Jaehong Park 表示：“随着先进工艺节点的设计复杂性增加，我们致力于通过创新的仿真技术支持我们的共同客户，以减少验证和分析周期。 “Synopsys PrimeSim Continuum 凭借其先进的仿真引擎统一工作流程，在我们最近的 56Gbit 以太网设计中使用异构计算加速实现了 10 倍的加速和黄金 SPICE 精度，从而将验证工作从几天减少到几小时。”

用于分析和签收的统一工作流程

PrimeSim Continuum 解决方案将 PrimeSim SPICE 和 PrimeSim Pro 与 PrimeSim HSPICE 模拟器（基础 IP 和信号完整性的黄金标准签核参考）和 PrimeSim XA 模拟器（用于 SRAM 和混合信号验证的 FastSPICE 技术）集成在一起。 PrimeWave 通过为所有 PrimeSim Continuum 引擎提供一致且灵活的环境来优化设计设置、分析和后处理，从而提供无缝体验。