3D-IC 设计之寄生抽取和静态时序分析

本文作者：曾义、李晴Cadence 公司 SPICE 仿真器自诞生以来，几乎成为了所有集成电路设计人员都采用的必不可少的工具。但随着工艺发展和电路设计复杂度的提升，我们面对的仿真需求越来越多，要处理的电路设计规模越来越大，SPICE 仿真工具因而遇到了前所未有的挑战：仿真时间太长?仿真的容量太大，传统的工具都处理不了?工艺角数目太多，不知道如何实现全面准确的验证?Spectre 仿真平台可以有效解决这些问题。Spectre 仿真平台是一套完整的模拟/射频、存储器（Memory）和混合信号的验证解决方案，是与 Cadence 其他流程集 合提供行业领先功能的仿真器最强小队。 Cadence® Spectre® Simulation Platform 包含多个仿真器，设计者能够轻而易举地在电路级、模块级以及系统级仿真任务之间无缝切换。该平台基于统一的语法分析、器件模型、硬件描述语言行为建模、输入输出数据格式等技术，仿真结果都保持一致且准确。除此之外，Spectre 仿真技术还很好地集成到其他 Cadence 技术平台，包括:Xcelium™ Logic SimulationLiberate™ Trio Characterization SuiteLegato™ Reliability SolutionVirtuoso® ADE Product SuiteVoltus™-XFi Custom Power Integrity SolutionVirtuoso RF Solution为您提供业界最全面的跨领域仿真解决方案。 首先，给您分享几个典型应用案例：案例一某知名存储器（Memory）设计制造厂商，在仿真与验证的过程中发现，针对一个 60 万个晶体管的设计，Spectre X 的精度与 APS 相差 0.21% 左右，Spectre FX 的提升速度更是达到了惊人的 72 倍。后来在拥有 5 百多万晶体管的全芯片验证过程中，Spectre FX 的仿真结果在精准度和速度上的表现都相当让人满意。尤其在功耗验证的情况下，速度提升在 Base mode 的 10 倍左右，占用的存储空间更少了。案例二某知名模拟设计厂商，在仿真与验证的过程中发现，针对一个 99 万个电路节点、140 万寄生电容以及 370 万寄生电路的后仿设计，Spectre X RF 的精度与 Spectre APS RF 相差 0.1% 左右，但 Spectre X RF 的速度约是 APS RF 的 8 倍，且使用的内存从之前的 1200G 降低到约 800G。案例三一个包含 29 万个晶体管，110 万个寄生电阻和 160 万个寄生电容的先进工艺混合信号设计，工作在 8 Ghz 左右，在后仿时，以前的方案要跑 33 小时；后来采用了 Spectre FX，直接加速至少 2.4 倍。鉴于这个成功的尝试，用户又在一个以前方案不能跑出正确结果的案例上使用 Spectre FX。这个工作在 8 Ghz 拥有 16 万晶体管，1900 万寄生电阻和 84 万寄生电容的先进工艺下的 PLL，结果仅仅是 Spectre FX Base Mode（最高精度）就达到了同上的效果。基于前面两个案例的成功尝试，他们再接再厉，在一个先进工艺下拥有 3.1 万个晶体管的混合电路上测试，工作频率达到 32Ghz，以前方案的结果是完全不被接受和不精准的。这次采用了 AMS + Spectre FX 的方式，数字逻辑符合预期，眼图清晰可见，同时 Spectre FX 在 AMS 的环境里简单易用，仿真的时间节省了不少。另外，他们发现快速模式与 Base Mode 的混合设置，是在其他的仿真器里不具备的独特特点。+ + + + + + + + + + + Spectre 技术方案 多种高效仿真引擎助力攻坚克难和 Cadence 其他技术平台很好的集成多种高效仿真引擎助力攻坚克难Spectre X作为最新一代的 Spectre 技术，Spectre X 不以牺牲模拟仿真精度为代价来换取性能提升，且支持多线程多进程技术。更重要的是，与 Spectre APS 相比，Spectre® X 仿真器在使用更多 CPU 核基础上可以实现更高的 CPU 利用率。特有的 Xscale 专利技术带来了以下仿真速度和容量上的突破：▶ 新的数值分析技术可求解更大的方程矩阵，且速度提升 2-3 倍，同时不会损失仿真精度。用于先进 MOS 器件和互连的建模方法经过优化，性能更是提升了额外 1.5 倍。▶ 数据处理方式的改进促进了对于内存的有效使用，因而可处理最大可达 5 倍于之前容量的后仿电路网表。▶ 将仿真任务分配到多个 CPU 上并利用现代云计算架构实现可扩展的大规模并行仿真，可实现性能 1.5-2 倍的提升。 Spectre AMS Designer混合信号设计领域波涛汹涌，设计人员可能面临的风险比以前增大了 10 倍。有些挑战是显而易见的，如漫长的模拟仿真运行时间、大量模拟设计控制序列、模式和控制位的验证，以及复杂电源管理方案的测试验证。 面对这些挑战，Spectre AMS 将模拟和数字领域的所有可用技术结合起来，让设计人员可以为客户开发适用于该设计技术的特定流程。且无论需求定义是什么，这个方案都能满足需求。▶ 使用可靠的 Spectre 模拟仿真和 Xcelium 数字仿真技术确保设计质量。▶ 支持 Virtuoso ADE Product Suite 中的模拟设计流程使用模式和 Xcelium 环境中的数字验证使用模式。▶ 支持更高级别的抽象和加速仿真能实现快速周转时间，全部可视的原理图和更加高效的 AMS debug 功能，更有效地发现设计问题。新的 Cadence MS 调试流程 Spectre FX新一代 FastSPICE 技术的优势：▶ 从底层架构全新打造的 FastSPICE 仿真引擎，与其他 FastSPICE 仿真器相比，可扩展创新型 FastSPICE 架构为客户提供了高达 3 倍的性能提升，同时具备同等的所需精度。▶ 提供高达 32 个内核的多线程可扩展性和同级最佳的使用模式，兼顾可以预测的精度与速度。▶ 适用于所有的 FastSPICE 应用，并与现有的 Spectre/SPICE 和 ADE 流程无缝集成。 Spectre X RF为 RFIC 电路提供准确快速的仿真结果，包括具有周期性稳态分析（PSS）、小信号和噪声分析，以及谐波平衡（HB）分析功能，可在不损失精度的情况下最大限度地提高性能。借助 Spectre X 架构，HB 分析可以分布到单台服务器或多台服务器上的多个 CPU 核心，更快地完成仿真任务。 Spectre EMIR Solution利用 Cadence Voltus™-XFi 定制功耗完整性解决方案提供专用的晶体管级的电迁移和 IR 压降（EM-IR）分析，提供一站式 EMIR 分析方法，让电路设计工程师专注且高效地分析 EMIR。原生内置到 Spectre 的 EM/IR 和 Cadence 其他技术平台很好的集成Spectre Integration▶ Spectre API 与 Liberate 集成，吞吐量比命令行使用模式提高 2-3 倍。▶ Spectre 仿真平台支持通过器件和电路检查（Checks&Asserts），并在 ADE 中提供高效的仿真数据分析方式。▶ Spectre CMI（通用模型接口）提供了最先进的内置器件模型，客户可以预编译模型和链接到 CMI，也可以使用编译的 VerilogA 创建自定义模型。▶ Spectre Circuit Simulator 可以对 Mis match 以及 Process Variation 进行蒙特卡罗分析，通过将 Spectre 集成到 ADE 中，实现高级统计分析。▶ Spectre X Simulator 添加了 Legato 可靠性分析的解决方案，来进行先进的老化分析、电热分析和模拟缺陷分析。全面的定制仿真解决方案 最后，让我们再来听听业界大佬的声音。“ MediaTek公司模拟设计及技术总经理 Ching San Wu 先生：“我们使用Spectre X仿真器仿真了先进的 5G 设计。即使把后仿寄生抽取产生的大量寄生参数考虑在内，所需的仿真时间缩短了 7 倍。这一验证流程将为 MediaTek 的客户和消费者带来更高的收益和可靠性。”” “ SK hynix, Inc. 计算机辅助工程主管 Do Chang-ho 先生：“我们的 DRAM 设计需要在多个工艺角进行多次高精度芯片级 FastSPICE 仿真，以确保它们的时序、功耗和其他属性满足严苛的规范要求，同时要按时向 PC 和移动计算市场交付我们的产品。通过与 Cadence 合作，Spectre FX FastSPICE 仿真器已通过认证并部署在生产中，用于 PC 和移动 DRAM 验证，并且将扩展到 HBM 和图形 DRAM。Spectre FX 仿真器实现了设计方法的突破并显著提高了生产效率。”” “ 瑞萨电子设计自动化部门，公共 R&D 分部，广泛技术解决方案事业部总监，Nobuhiko Goto 先生：“模拟仿真验证对汽车和工业领域的先进 SoC 设计越来越重要。我们是最早采用 Spectre X 仿真器的用户之一，并亲身体验了它带来的 10 倍性能提升，且同时保持 SPICE 精度。我们期待在实际产品设计中使用 Spectre X 仿真器，满足设计对性能和容量提升的要求。”” Cadence Spectre 平台在超过 25 年的时间里一直是业内领先的模拟/射频集成电路、存储器（Memory）和混合信号的验证仿真解决方案。我们始终致力于为客户提供可久经验证的准确度和性能优势。我们不断完善 Spectre 产品组合，为客户带来高精确和快速的仿真解决方案。Cadence Spectre 仿真平台加速 SoC 设计验证，助您实现更快的产品上市目标。来源：Cadence楷登