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HSPICE:诞生40年,3次自我革新,锻造电路仿真黄金标准

2022-02-08 来源:EEWORLD

革新往往是通往成功的必由之路。“要么创新,要么等死”在科技界广为流传。能够引领创新的组织才能够蓬勃发展。技术也是如此,HSPICE®电路仿真技术很好地说明了这一点。


HSPICE技术并非自诩为行业的黄金标准而停滞不前。多年来,随着仿真难度不断加大,HSPICE也在不断发展。HSPICE的主要变革浪潮在芯片领域发展的过程中发挥了重大影响力。


HSPICE现迎来40岁生日,今天我们将讨论HSPICE将如何继续重塑自己,帮助开发者们设计更高性能的芯片。


HSPICE的三次革新浪潮


电路仿真在确保芯片按预期运行这方面至关重要。毕竟,我们负担不起车辆制动系统、机器人手术设备或24/7生产线等关键应用因芯片问题而出现故障。随着芯片设计的复杂性增加,新的仿真挑战也不断涌现。为应对这些挑战,HSPICE技术也必须与时俱进。


HSPICE于20世纪80年代起步,是一款基于加州大学伯克利分校开发的SPICE(以集成电路为重心的仿真程序)技术的模拟电路仿真器。HSPICE是比SPICE(最初由Meta-Software商业化,现在是新思科技的一部分)更出色的商业化版本。在芯片进行流片前对电路进行仿真,开发者可以在晶体管层面进行验证操作。通过SPICE仿真,开发者可以准确地预测设计行为,并预估组件变化如何影响性能。在此期间,集成电路相对较小,每个都包含少量模拟组件。


数字革命到来


随着数字元件的出现,HSPICE迎来了第一波革新浪潮,并逐渐成为标准单元库表征的黄金标准。在模拟集成电路中,HSPICE技术被用来对整个电路进行仿真。另一方面,数字开发者将在设计步骤中使用合成、位置和路线等标准单元。代工厂在建造用于实施数字设计的单元库之前,使用HSPICE仿真和描述这些标准单元。 


从模拟电路仿真器到今天的超融合设计解决方案


随着更快、更复杂的高速IO和内存接口的出现,HSPICE迎来第二次革新浪潮。假设你有一块带有微处理器和DRAM的主板,两者之间的接口传输信号应当非常快,可直接在主板上实现,因此分析PCB的信号和电源完整性至关重要。HSPICE通过整合先进的信号和电源完整性建模功能来应对挑战,从而成为发现信号完整性和电源完整性问题所依据的事实标准。HSPICE能够有效地评估和识别数十亿位传输中出现的错误,是理想的仿真解决方案,可以加速创建和分析具有复杂高速接口的设计。


今天,我们身在超融合芯片设计的时代。在这个时代,规模和系统复杂性以多种技术、协议和体系结构为标志,而这些技术、协议和体系结构则在大规模、高度复杂且相互依赖的设计中结合在一起。这种演变将电路仿真推向了一个领域,在该领域内,精确的建模、稳健的算法和强大的兼容性是成功的关键。此外,大型异构系统级封装设计迫切需要复杂、多维的分析,且需要改善结果质量、结果时间和结果成本。


确保这些超融合芯片按预期工作将面临全新的挑战。除了规模和系统复杂性之外,还存在范围复杂性挑战,同时还需要考虑片上和片外元件。例如,在此期间出现了3DIC,当信号在通过硅通孔(TSV)和结合线连接的不同管芯之间移动时,对信号完整性和电源完整性的要求更加复杂。在第三次革新浪潮中,HSPICE技术已经成为连接片上和片外世界的桥梁,这是其他任何仿真技术都无法比拟的。


电路仿真的黄金标准


HSPICE的革新版本是智能且机器驱动的SPICE仿真,运用高级机器学习(ML)算法并改用了新的名字和包装。HSPICE现已更名为PrimeSim HSPICE,是新思科技PrimeSim™ Continuum的一部分。PrimeSim HSPICE仍然是电路仿真的黄金标准,具有模拟仿真、标准单元和内存特性以及信号完整性分析等不同功能。PrimeSim HSPICE解决方案中的新ML算法能够帮助开发者快速分析变化带来的影响,并以经济高效的方式识别复杂先进工艺节点设计中的薄弱环节。


HSPICE将何去何从?


HSPICE一次又一次成功地重塑了自己,那么HSPICE技术的未来又将何去何从?展望未来,以下是三个值得关注的关键领域:


  • 核心性能改进,有利于更稳健地实现精确SPICE仿真,帮助开发者更快地实现结果

  • 帮助开发者提高整体设计覆盖率的技术

  • ML驱动的分析流,帮助开发者分析薄弱环节,优化设计参数,并在出现问题时进行有效调试


当HSPICE技术在40年前诞生时,开发者还忙碌于桌面终端,计算也是在遥远的服务器上进行。如今许多EDA任务,包括电路仿真,都是在云上执行的,PrimeSim HSPICE经优化后也实现了在领先的云平台上运行。


开发者的目标是创造出最好、最快的芯片,因此他们需要更好、更快的电路仿真工具。如今的芯片比以往复杂得多,但HSPICE技术已经一次又一次地适应了这种复杂性,始终为开发者提供可以信赖的快速且准确的黄金标准仿真解决方案。 


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