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不久前，Cadence公司舉辦的CDNLive 2019大會將智能系統(tǒng)設計（Intelligent System Design）戰(zhàn)略設置為主題，智能系統(tǒng)設計的趨勢涉及到芯片相關的軟硬件設計，而要真正實現(xiàn)從芯片到系統(tǒng)的復雜設計和落地，EDA工具是基礎，其中，面臨很大挑戰(zhàn)的是EM的3D仿真。

Cadence系統(tǒng)仿真事業(yè)部資深軟件工程總監(jiān)Jian Liu認為，對于大規(guī)模系統(tǒng)而言，EM的3D仿真首要解決的挑戰(zhàn)是保證模型運算結果的精確度，此外還有仿真成本效益以及設計工具鏈資源的無縫對接。

“就芯片設計而言，制程工藝演進到3D結構，物理距離的縮短會導致內部的電場耦合越來越強，這就需要真正的3D電子場來仿真，以避免電路之間的串擾。電子場仿真可以在信號傳播的時候既自身無損又不干擾別人。”Jian Liu表示，“就系統(tǒng)設計而言，比如5G采用了微波，過去長波中可以忽略的小問題現(xiàn)在會放大產生很大的影響，另外高密度的天線耦合等，都需要很精確的3D電子仿真。”

Cadence多物理系統(tǒng)分析事業(yè)部產品總監(jiān)Jerry Zhao表示，像汽車這類大規(guī)模的中心系統(tǒng)，不僅僅是電子場，也是多物理部件的耦合，其復雜度大大增加，并且高速并行的大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸也帶來高頻串擾的問題。這些都需要高速的軟件工具來更精確地分析、模擬，然后優(yōu)化。

一個典型的例子是112G SerDes的長距離信號傳輸。由于人工智能、機器學習和5G通信等應用對數(shù)據(jù)中心的以太網(wǎng)端口帶寬提出了更高的要求，400G乃至800G以太網(wǎng)端口將成為主流，112G SerDes也將成為主流配置。去年底，Cadence曾發(fā)布長距離7nm 112G SerDes的IP，而目前FPGA中的頂配也都是112G SerDes。

Jian Liu表示，要保證信號在112G速率上沒有誤差的長距離傳輸——即所謂黃金標準——系統(tǒng)設計需要真正的整體的3D分析，但目前的3D建模工具都無法保證模型運算結果的精確度。因為目前主要的EM仿真受限于速度和處理能力制，會簡化或將結構切分成更小的片段，以適應本地運行的計算資源，這種為了提高仿真效率而人為對結構進行剪切的偽3D方法會帶來仿真精度降低的風險。

這實際上是一個成本效益的問題。硅基板、剛柔板和多Die堆疊的3D封裝的高度復雜結構必須在3D環(huán)境精確建模，才能實現(xiàn)3D結構設計的優(yōu)化和高速信號的穩(wěn)定傳輸。因此，互連結構的優(yōu)化必須進行數(shù)十次復雜結構的場提取和仿真，而為了滿足這類工作負荷需求，傳統(tǒng)的EM仿真程序必須運行在大型、昂貴的高性能服務器上，成本較高。

Cadence在今年4月份推出的Clarity 3D Solver解決了上述痛點。據(jù)Jian Liu介紹，作為Cadence系統(tǒng)分析戰(zhàn)略的首款產品，Clarity 3D Solver的EM仿真性能比傳統(tǒng)產品提高了10倍，提供了無限制的處理能力，改變了以往分析工具只能進行點分析的瓶頸，實現(xiàn)了分析與構建的集成，并且其仿真精度能夠夠達到黃金標準。

“Clarity的創(chuàng)新在于真正的大規(guī)模并行計算。通過分解難以解決的大規(guī)模復雜問題，降低算法復雜度——一個革命性的算法——同時無損，并通過容錯來保證可靠性。”Jian Liu說，“Clarity采用獨特的分布式自適應網(wǎng)格結構，內存要求比傳統(tǒng)3D場求解器顯著降低，能夠充分利用成本效益更高的云計算和本地分布式計算，使得仿真任務支持調用數(shù)以百計的CPU進行求解，而不再需要大型的、專用的、昂貴的服務器。”

Clarity的這一特性為那些擁有桌面電腦、高性能計算或云計算資源的工程師提供了優(yōu)化計算資源預算的選擇，使得他們更容易地解決芯片、封裝、PCB、接插件和電纜設計等復雜的3D結構設計中的EM挑戰(zhàn)。Jerry Zhao表示，除了接受CloudBurst云平臺——支持功能驗證、電路仿真、庫特性和驗收工具——的支持，作為Cadence產品家族的一員，Clarity不僅可以讀取所有標準芯片和IC封裝平臺的設計數(shù)據(jù)，也可以更容易地對接Cadence其他工具的資源，包括與Virtuoso、Cadence SiP和Allergro實現(xiàn)平臺集成（在Allegro和Virtuoso環(huán)境下設計三維結構，在分析工具中優(yōu)化后導回設計工具中，而無需重新繪制。）；與Cadence Sigrity 3DWorkbench同時使用，可以將電纜和接插件等機械結構與系統(tǒng)設計結合，并將機電互連結構建模為單一的整體模型。

總的來看，Clarity 3D Solver體現(xiàn)了Cadence系統(tǒng)分析戰(zhàn)略的特質，也反映出在大規(guī)模系統(tǒng)設計中，EDA工具作為基礎設施所要解決的那些關鍵性問題的趨勢。值得留意的是，Cadence已經(jīng)成立了系統(tǒng)分析事業(yè)部，專門針對IC、封裝、PCB和全系統(tǒng)設計中的問題提供解決方案，這意味著該公司的服務正在從芯片走向系統(tǒng)，這是一個更大的市場。

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