加速多物理場(chǎng)系統(tǒng)仿真布局，Cadence 的幾大“法寶”

在剛剛閉幕不久的 CadenceLIVEChina2023 中國(guó)用戶大會(huì)中，Cadence 全球副總裁、多物理場(chǎng)仿真事業(yè)部總經(jīng)理顧鑫先生為與會(huì)來賓帶來題為《加速多物理場(chǎng)系統(tǒng)仿真》的精彩演講，分享公司在多物理場(chǎng)仿真方面的產(chǎn)品布局，并重點(diǎn)介紹了旗下幾款明星產(chǎn)品是如何幫助客戶高效處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中因?yàn)閺?fù)雜結(jié)構(gòu)帶來的挑戰(zhàn)的。

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基于智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略

從 EDA 向 SDA 轉(zhuǎn)變

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2018 年 Cadence 推出了智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略，旨在運(yùn)用在 EDA 領(lǐng)域多年積累的數(shù)字運(yùn)算技術(shù)來解決系統(tǒng)仿真中存在的新興挑戰(zhàn)，從而幫助客戶實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值。這也意味著公司不再是單一的 EDA 公司，而是把業(yè)務(wù)擴(kuò)展到系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化（SDA）層面。

為了實(shí)現(xiàn)了從 EDA 向 SDA 公司的轉(zhuǎn)變，Cadence 近年來不斷通過戰(zhàn)略收購(gòu)和自主研發(fā)來完善產(chǎn)品線。在 EDA 領(lǐng)域，公司擁有 Voltus、EMX、Sigrity 平臺(tái)，極大程度縮短系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)時(shí)間；在系統(tǒng)與多物理場(chǎng)分析領(lǐng)域，擁有 Clarity、 Celsius 和 Fidelity 工具，加上去年收購(gòu)的 Future Facilities 和 Cascade，進(jìn)一步擴(kuò)展了 Fidelity CFD 解決方案，且具備構(gòu)建數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生系統(tǒng)的能力。在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)方面，公司發(fā)布了令人振奮的 Optimality，實(shí)現(xiàn)了電子系統(tǒng)的多學(xué)科分析和優(yōu)化。

在演講中，顧鑫重點(diǎn)為大家介紹了 Clarity、Celsius、Sigrity、CFD 和 Optimality 產(chǎn)品及解決方案，并分享了這些解決方案為客戶提供的價(jià)值。

Clarity 3D Solver

Clarity 3D Solver 是 Cadence 發(fā)布的第一款真正意義上的系統(tǒng)級(jí)仿真產(chǎn)品。得益于“黃金精度、大規(guī)模并行運(yùn)算技術(shù)、革命性的網(wǎng)格技術(shù)以及平臺(tái)集成”四大特征，Clarity 可以為客戶提供近乎無限的求解容量和 10 倍以上的求解速度，從而高效地解決更龐大、更復(fù)雜的系統(tǒng)問題。顧鑫表示，目前已經(jīng)有幾百個(gè)客戶在使用 Clarity 進(jìn)行設(shè)計(jì)，它是解決芯片、3D-IC 封裝和電路板之間復(fù)雜設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的理想方案。

自 Clarity 發(fā)布以來，其產(chǎn)品規(guī)劃不斷擴(kuò)大，相繼發(fā)布了 FEM Solver、Transient Solver、Clarity Cloud、Optimality Clarity Quasi Static 等多種產(chǎn)品。為了提升Clarity仿真性能，Cadence 研發(fā)團(tuán)隊(duì)持續(xù)改進(jìn)算法，新增了基于層結(jié)構(gòu)的 LMesh 和任意三維結(jié)構(gòu)的 XMesh 兩種方法，這兩種技術(shù)能夠?qū)⒊跏季W(wǎng)格處理速度提高 10 倍以上。此外，團(tuán)隊(duì)還改善了 adaptive mesh refinement 的算法既保證了仿真結(jié)果的精準(zhǔn)度又可大幅減少仿真運(yùn)行時(shí)間。

Celsius

Celsius 是一款專為 3D-IC/先進(jìn)封裝設(shè)計(jì)的熱求解器，相比于市場(chǎng)中基于 CFD 做完整流場(chǎng)分析的 thermal solver， Celsius 在不犧牲精度的前提下減少了運(yùn)行時(shí)間。此外，該產(chǎn)品還可以與 Cadence IC、封裝和 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái)集成，加速并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)迭代。并且通過 Celsius 還可幫助電子設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)并解決熱設(shè)計(jì)問題，縮短電子系統(tǒng)的開發(fā)迭代周期。目前，已經(jīng)有幾百家公司在使用 Celsius 來解決芯片、封裝和系統(tǒng)的熱挑戰(zhàn)的問題。

2022 年 10 月，Cadence 收購(gòu)了 Future Facilities，增強(qiáng)了Cadence Celsius Thermal Solver的電子熱管理解決方案，其創(chuàng)新的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）電子冷卻仿真技術(shù)，大大提升了高耗能數(shù)據(jù)中心的性能和冷卻效率。Future Facilities 的技術(shù)將數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)虛擬化，通過創(chuàng)建 3D 數(shù)字孿生體，幫助運(yùn)營(yíng)商能夠在實(shí)施之前和運(yùn)營(yíng)期間預(yù)測(cè)、可視化和量化數(shù)據(jù)中心中任何變化帶來的影響，使客戶能夠通過設(shè)施設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)效率優(yōu)化業(yè)務(wù)目標(biāo)。

Sigrity

Sigrity 提供準(zhǔn)確的 SI/PI 分析，滿足高速電子產(chǎn)品緊張的工期要求。顧鑫對(duì)于 Sigrity 的應(yīng)用作出了進(jìn)一步的介紹，他表示，Sigrity 在全球范圍內(nèi)擁有超過 1000 個(gè)客戶，是業(yè)界認(rèn)可的 SI/PI 解決方案的 gold-standard，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種場(chǎng)景。對(duì)于 Sigrity 的研發(fā)，近兩年公司的一大重要方向是 Allegro 和 IDA（In-design analysis），它允許工程師不離開設(shè)計(jì)軟件就可以得到仿真結(jié)果，這極大提高了生產(chǎn)效率。除此之外，Sigrity 不僅可以和 Cadence IP Group 協(xié)作，還可以用于 PCle Gen7、UCle 和其它的設(shè)計(jì)和簽核解決方案中。

對(duì)于 3D-IC、先進(jìn)封裝的趨勢(shì)，Cadence 的 Sigrity 團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款新的工具 APX，該產(chǎn)品基于 Sigrity 現(xiàn)有的技術(shù)做了創(chuàng)新，是首個(gè)用于高級(jí) IC 封裝的全波解決方案，可以幫助解決先進(jìn)封裝中的模型提取問題。

Fidelity CFD

Fidelity CFD 軟件平臺(tái)為多物理場(chǎng)仿真的性能和準(zhǔn)確度開創(chuàng)了新時(shí)代，可助力 CFD 工程師大幅度提升工作流程的效率，更好地仿真多物理場(chǎng)的系統(tǒng)性能。2022 年，Cadence 和 McLaren F1 車隊(duì)簽訂了緊密的技術(shù)合作伙伴協(xié)議。顧鑫在現(xiàn)場(chǎng)和大家分享了合作的一些細(xì)節(jié)，他表示 McLaren 利用 Fidelity CFD 來幫助他們改進(jìn)汽車的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更好的性能。在過去的幾個(gè)月，McLaren 的成績(jī)穩(wěn)步提高，這跟 Fidelity 的貢獻(xiàn)密不可分。

在 McLaren 之外，Cadence 也和 NVIDIA 建立了緊密的合作關(guān)系，NVIDIA 的工程師將 Fidelity 應(yīng)用到 NVIDIA 最新的 GPUA100 上，實(shí)現(xiàn)了 9 倍的性能提升的同時(shí)可降低 17 倍的能耗。

Optimality

任何時(shí)候，客戶的最終目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)而不是快速的仿真。在這種背景下，Cadence 將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)引入 EDA 工具中，推出了具有一款革命性的工具——Optimality，其采用了突破性的算法，對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)人員的工作量。Optimality 利用類似于 Cadence Cerebrus 中使用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來實(shí)現(xiàn) AI 的優(yōu)化，幫助客戶實(shí)現(xiàn)了超過 10 倍甚至是 20 倍的性能改進(jìn)。

Cadence 基于卓越設(shè)計(jì)、系統(tǒng)創(chuàng)新和普適智能的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略，致力于為業(yè)界提供一流的技術(shù)引擎，幫助廣大客戶在實(shí)現(xiàn)最佳 PPA 的同時(shí)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程、提升設(shè)計(jì)效率。未來 Cadence 還會(huì)跟業(yè)內(nèi)伙伴一起進(jìn)行更多的創(chuàng)新，為行業(yè)創(chuàng)造更大的價(jià)值。