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)字計算能力的需求似乎永無止境,，但我們正在進入一個模擬和數(shù)字融合的時代。技術(shù)的不斷發(fā)展,，也推動了EDA軟件的前進?，F(xiàn)在隨著日常生活的日漸智能化將推動半導(dǎo)體設(shè)計投產(chǎn)項目出現(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，覆蓋所有技術(shù)節(jié)點的電源域數(shù)量也在增長,，技術(shù)節(jié)點越先進其增長越快,。傳感器是推動后端計算增長的前端產(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)品可以實現(xiàn)更好的續(xù)航和更好的電池性能。為了達成這樣的目標(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)需要在功率上實現(xiàn)突破才能與時俱進,，然而集成電路IC設(shè)計師們發(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適用于模擬、數(shù)字和混合信號IC設(shè)計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證,？電源完整性分析評估電路，主要用來確定電路在實現(xiàn)時是否能提供其設(shè)計/預(yù)期性能和可靠性,。一個完整的電源完整性分析解決方案包括三個主要部分：首先是電源功耗,，需要驗證實現(xiàn)的芯片設(shè)計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)計公司必須運行全芯片電遷移（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,，以實現(xiàn)設(shè)計功能。然而過去,，大尺寸復(fù)雜模擬系統(tǒng)經(jīng)常是在未進行詳細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，而如此缺少詳細的EM 和 IR分析會使整個系統(tǒng)陷入風(fēng)險,。
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)計端有PowerPro優(yōu)化RTL和預(yù)測功耗,，能夠在RTL階段進行門級預(yù)測,。在芯片級有Calibre PERC，主要是對電氣過應(yīng)力的驗證,，還有靜電放電保護,。同時還有用于封裝的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)計提供近乎無限擴展性的 IC 電源完整性驗證解決方案,，即便對于最大規(guī)模的 IC 設(shè)計，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支持模擬全芯片動態(tài)以及完美地融入設(shè)計流程中,；還可以和任何模擬器或提取器進行模擬，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 可擴展式 EM/IR 引擎還可為所有數(shù)字 IC 設(shè)計進行分析。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)計流程之中,，提供世界一流的電源分析功能,，每臺機器僅需消耗很低的存儲容量即可實現(xiàn)，即便對于最大規(guī)模的數(shù)字設(shè)計也依然適用,。
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基于實體考量且針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的每一個引擎而進行設(shè)計。這意味著只需要非常小的內(nèi)存即可運行在任何單個服務(wù)器,，也是通常的“最大內(nèi)存最小化”,。這一點體現(xiàn)在使用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進行計算、數(shù)據(jù)加載以及仿真報告的環(huán)節(jié)中,，所以最終mPower能以最低的成本實現(xiàn)最短的周轉(zhuǎn)時間,。
除此之外，mPower可進行大容量 （HC） 動態(tài)分析,，即能涵蓋上百萬個晶體管而進行動態(tài)分析,，覆蓋設(shè)計全流程，在任何規(guī)模上都可充滿信心地實現(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)計以及任意規(guī)模的 2.5/3D IC 實作,，還可以輕松集成至現(xiàn)有的設(shè)計流程之中,。在mPower的幫助下，IC 設(shè)計人員能夠快速充分地驗證其設(shè)計是否達到了與電源相關(guān)的設(shè)計目標(biāo)，這種能力可以幫助IC 客戶提升產(chǎn)品質(zhì)量,、增強可靠性并加快產(chǎn)品的面市速度,。
mPower客戶反響如何？
目前mPower已獲得了多個客戶的認可,，首先是MaxLinear,，該公司已經(jīng)使用了mPower很長時間，并且對它的工作流非常滿意,。通過mPower可為MaxLinear大幅地節(jié)省時間與資金,，也提升了客戶對于mPower的信心。
第二個案例是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)計原理和設(shè)計方法，也為此與供應(yīng)商進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到的水平,。mPower可模擬晶體管的數(shù)量級可達十萬甚至上百萬。
人工智能計算解決方案領(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)器場上運行 240 億個晶體管的 7nm 人工智能芯片,，周轉(zhuǎn)時間也優(yōu)于我們從前預(yù)期,。”
最后,，安森美是一個傳感器企業(yè),，該公司的芯片為半模擬半數(shù)字類型，同時又與傳感器陣列結(jié)合,，因此要求解決方案必須拓展至模擬與數(shù)字化才可進行細節(jié)分析進而交付客戶,。該公司起初在芯片核心出現(xiàn)了一些運行不穩(wěn)定的問題，西門子快速與其在數(shù)字化方面進行合作,，以組建與合規(guī)材料的積極改進,，并且在此后也進行了全芯片的分析，可同時進行數(shù)字和模擬的拓展,。這個結(jié)果是該公司追求多年而不得的,。
寫在最后
“西門子進入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,，所以我們的重點就是驅(qū)動更加快速可靠的工具，從關(guān)于一個方案的想法到制造整體流程的推動,?！盝oseph 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,。
