SPICE仿真的典型應用案例及應用挑戰(zhàn)

SPICE 仿真器自誕生以來，幾乎成為了所有集成電路設計人員都采用的必不可少的工具。但隨著工藝發(fā)展和電路設計復雜度的提升，我們面對的仿真需求越來越多，要處理的電路設計規(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，不知道如何實現(xiàn)全面準確的驗證?

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）和混合信號的驗證解決方案，是與 Cadence 其他流程集合提供行業(yè)領先功能的仿真器最強小隊。

Cadence Spectre Simulation Platform 包含多個仿真器，設計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，仿真結果都保持一致且準確。除此之外，Spectre 仿真技術還很好地集成到其他 Cadence 技術平臺，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)界最全面的跨領域仿真解決方案。

首先，給您分享幾個典型應用案例：

案例一

某知名存儲器（Memory）設計制造廠商，在仿真與驗證的過程中發(fā)現(xiàn)，針對一個 60 萬個晶體管的設計，Spectre X 的精度與 APS 相差 0.21% 左右，Spectre FX 的提升速度更是達到了驚人的 72 倍。后來在擁有 5 百多萬晶體管的全芯片驗證過程中，Spectre FX 的仿真結果在精準度和速度上的表現(xiàn)都相當讓人滿意。尤其在功耗驗證的情況下，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

某知名模擬設計廠商，在仿真與驗證的過程中發(fā)現(xiàn)，針對一個 99 萬個電路節(jié)點、140 萬寄生電容以及 370 萬寄生電路的后仿設計，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工藝混合信號設計，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 萬寄生電容的先進工藝下的 PLL，結果僅僅是 Spectre FX Base Mode（最高精度）就達到了同上的效果。

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，工作頻率達到 32Ghz，以前方案的結果是完全不被接受和不精準的。這次采用了 AMS + Spectre FX 的方式，數(shù)字邏輯符合預期，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 的混合設置，是在其他的仿真器里不具備的獨特特點。

Spectre 技術方案

多種高效仿真引擎助力攻堅克難

和 Cadence 其他技術平臺很好的集成

多種高效仿真引擎助力攻堅克難

Spectre X

作為最新一代的 Spectre 技術，Spectre X 不以犧牲模擬仿真精度為代價來換取性能提升，且支持多線程多進程技術。更重要的是，與 Spectre APS 相比，Spectre X 仿真器在使用更多 CPU 核基礎上可以實現(xiàn)更高的 CPU 利用率。

特有的 Xscale 專利技術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 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)處理方式的改進促進了對于內存的有效使用，因而可處理最大可達 5 倍于之前容量的后仿電路網(wǎng)表。

將仿真任務分配到多個 CPU 上并利用現(xiàn)代云計算架構實現(xiàn)可擴展的大規(guī)模并行仿真，可實現(xiàn)性能1.5-2 倍的提升。

Spectre AMS Designer

混合信號設計領域波濤洶涌，設計人員可能面臨的風險比以前增大了 10 倍。有些挑戰(zhàn)是顯而易見的，如漫長的模擬仿真運行時間、大量模擬設計控制序列、模式和控制位的驗證，以及復雜電源管理方案的測試驗證。

面對這些挑戰(zhàn)，Spectre AMS 將模擬和數(shù)字領域的所有可用技術結合起來，讓設計人員可以為客戶開發(fā)適用于該設計技術的特定流程。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)字仿真技術確保設計質量。

支持 Virtuoso ADE Product Suite 中的模擬設計流程使用模式和 Xcelium 環(huán)境中的數(shù)字驗證使用模式。

支持更高級別的抽象和加速仿真能實現(xiàn)快速周轉時間，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)設計問題。

新的 Cadence MS調試流程

Spectre FX

新一代 FastSPICE 技術的優(yōu)勢：

從底層架構全新打造的 FastSPICE 仿真引擎，與其他 FastSPICE 仿真器相比，可擴展創(chuàng)新型 FastSPICE 架構為客戶提供了高達 3 倍的性能提升，同時具備同等的所需精度。

提供高達 32 個內核的多線程可擴展性和同級最佳的使用模式，兼顧可以預測的精度與速度。

適用于所有的 FastSPICE 應用，并與現(xiàn)有的 Spectre/SPICE 和 ADE 流程無縫集成。

Spectre X RF

為 RFIC 電路提供準確快速的仿真結果，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，HB 分析可以分布到單臺服務器或多臺服務器上的多個 CPU 核心，更快地完成仿真任務。

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，讓電路設計工程師專注且高效地分析 EMIR。

原生內置到 Spectre 的 EM/IR

和 Cadence 其他技術平臺很好的集成

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）提供了最先進的內置器件模型，客戶可以預編譯模型和鏈接到 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 進行蒙特卡羅分析，通過將 Spectre 集成到 ADE 中，實現(xiàn)高級統(tǒng)計分析。

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