进军流体力学分析，Cadence系统仿真的棋局会怎么下？
导语Cadence Sigrity X 是 Sigrity 产品系列近十年来取得的最大突破，其意义远不止重新设计的引擎架构和颠覆性的用户界面，它将推进客户“对生产力的理解和 SI/PI 设计理念的全方位转变。” 近日 EETimes ASPENCORE 中国区首席分析师邵乐峰特邀采访了 Cadence 公司定制化 IC 和 PCB 事业部系统分析副总裁 Ben Gu，双方进行了深度对谈。为了解决 5G 通信、汽车、超大规模计算，以及航空和国防领域面临的系统级仿真规模和扩展性挑战，Cadence 公司日前正式发布下一代 Sigrity X 信号和电源完整性（SI/PI）解决方案。按照 Cadence 公司定制化 IC 和 PCB 事业部系统分析副总裁 Ben Gu 的说法，Sigrity X 是 Sigrity 产品系列近十年来取得的最大突破，其意义远不止重新设计的引擎架构和颠覆性的用户界面，它将推进客户“对生产力的理解和 SI/PI 设计理念的全方位转变。” 简单回顾一下 Sigrity 的发展历程1997 年，时任纽约州立大学教授的方家元博士创建了专注于信号与电源完整性分析的 Sigrity 公司，直至 2012 年 7 月，被 Cadence 宣布以 8000 万美元的价格完成收购。2019 年，随着 Cadence 宣布从传统 EDA 公司向系统级公司转型，Sigrity 家族也迎来了两位新成员：3D 电磁仿真工具 Clarity 3D Solver 和热仿真工具 Celsius Thermal Solver。进入 2021 年后，看到越来越多的客户开始向高速设计迈进，Cadence 认为有必要适时推出一款具备更高性能、更大容量和同等可信精度的 Sigrity 产品，于是 Sigrity X 应运而生。 Sigrity 的独特价值在于能够面向系统、印刷电路板和IC封装设计提供丰富的信号与电源完整性分析功能，旗下四条产品线：电源完整性、SerDes/DDR 信号完整性、互连抽取（Interconnect Extraction）和 IBIS 建模，能够与 Cadence Allegro 和 OrCAD 设计工具形成强强组合，提供全面的前端到后端的综合流程。目前，Sigrity 已经成为信号/电源完整性分析（SI&PI a nalysis）领域黄金标准解决方案。 重新定义 SI/PISigrity X 搭载了全新的用于系统级分析的强大仿真引擎，并采用旗舰 Cadence Clarity 3D Solver 场求解器创新的大规模分布式架构（Massive distributed architecture），取代了此前的一体化架构（Monolithic architecture），一举将仿真速度和设计容量提升了 10 倍，在此基础上，Sigrity X 还提供全新的用户体验，支持不同分析工作流程间的无缝过渡，进一步缩短复杂系统级 SI/PI 分析的设置时间。 相比 Sigrity 2019，Sigrity X 将仿真速度和设计容量提升了 10 倍 “很多人问我 Sigrity X 中的 X 代表什么意思？显而易见，X 代表罗马数字 10，正好与 Sigrity 10 倍的性能提升相契合。当然，也有人说 X 像一双翅膀，是给 Sigrity 加上了一双腾飞的翅膀。”Ben Gu说，“这得益于 Cadence 对设计数据库进行了大规模的并行化处理。简单而言，就是将一个规模庞大的设计项目分割成很多小的部分，然后让多个计算机对分割出来的这些子项目进行协同仿真，这样做既能够提升性能和容量，又确保仿真精度没有任何损失，这与业界其他工具所宣称的‘分布式’理念有着本质的不同。” Sigrity X 仿真精度没有任何损失他对《电子工程专辑》表示，之所以要将仿真速度和设计容量提升 10 倍，且保持精度不变，源于 Cadence 观察到目前 5G 部署越来越普及，高速系统设计越来越复杂，导致传统仿真在内存、运行时间等方面遭遇到前所未有的挑战，相当多的客户非常希望能有一款既能够分析 PCB 和封装，又不损耗精度的仿真工具。另一方面，随着云计算和 IT 技术的不断发展，存储价格反而开始反超 CPU，这为大规模分布式运算的部署提供了思路——即可以用更多、规模更小、价格更便宜的 CPU，而不是使用更昂贵的存储产品来解决问题。在他列举的一个实际案例中，通过使用 Sigrity X，一家客户原本需要 1.6T 内存才能仿真出来的问题，最终只用了 4 个 128G 的机器就实现了。这对大型系统厂商而言，无疑是“0”和“1”的区别，正是因为有了创新的分布式运算新架构和代码优化，才使得很多此前无法实现的仿真现在都得以实现。 并行化处理将不可能完成的仿真变为可能分布式运算无论从概念到应用都并非是最新提出的。但 Ben Gu 指出，这一理念被用于信号和电源完整性分析领域尚属首次，而且从 2012 年开始，Cadence 几乎所有的工具都开始向着分布式架构迈进，最具代表性的就是电源完整性仿真工具 Voltus，这是业界第一款大规模分布式的运算工具。进入 2019 年，分布式运算架构技术进一步上升至系统层面，从 Clarity、Celsius 到 Sigrity，都基于这一设计理念。新一代 Sigrity 可以与 Clarity 3D Solver 场求解器同步运行，并与 Cadence Allegro PCB Designer 设计工具和 Allegro Package Designer Plus 封装设计工具紧密集成。这一全新特性可以帮助 PCB 和 IC 封装设计师将端到端、多重结构和多母板系统（发射机到接收器或电源到功率耗散器）结合，确保 SI/PI 成功签核。此外，Sigrity X 与 Cadence Virtuoso 工具也有集成，用户不必再单独打开其它工具就能够直接进行 In-design 分析，从而实现更快的迭代。此外，为了更便于设计者使用，Sigrity X 对 GUI 中一些传统图标的样貌进行了修改，使之更接近于当前比较流行的设计风格；设计风格也做出了较大调整，更贴近于 Windows 10 的 GUI 设计风格；为新手工程师准备了很多“工作流程（Work Flow）”，只需点击一次按键就能完成相关作业。Ben Gu 借用了“新瓶装老酒”的说法来解释 Sigrity 与 Clarity 之间的关系。所谓的“老酒”，指的是尽管把 Clarity 所有的技术都移植到了 Sigrity 中，但 Sigrity 的核心算法没有被改动。尤其是考虑到 Sigrity 已经成为“黄金工具”，被上千家客户用来做设计签收，所以更不能对仿真结果有任何随意的改动。而“新瓶”，则意指通过大规模分布式运算技术来改变 Sigrity 的整个软件构架，从而在性能和容量方面获得大幅提升。“在对 DDR5/DDR6 这样的高速系统进行信号完整性和 BAS 分析的时候，要抽取的带宽已经从过去的 10G 猛增至现在的 40-60G。可以这样说，在带宽高到一定程度之后，整个 Sigrity 可能都不再是一个适合的工具了，客户需要考虑使用 Clarity 去做更精确的仿真签收。”他说。进军系统仿真领域不过，Sigrity X 的推出，只能算是产品线的划时代“演进”，而更具“革命性”意义的事件，则是 Cadence 宣布进军包括流体力学分析（CFD）在内的系统仿真领域。 “EDA 市场每年的增幅大约是 10%-12%，很稳健，也很健康，但我们觉得可以做得更好。因为很多 EDA 领域的知识可以用在系统仿真领域，这也是跟 EDA 最接近的一个领域，Cadence 内部将其称之为‘系统创新（System innovation）’，包括 Simulation an alysis、PLM、Design database 等等，都是我们想涉足的领域。”Ben Gu 说，“2020 年，Cadence 系统仿真部门取得了超过 30% 的业绩增长，但公司其实还有更大的构想，例如希望帮助用户利用 AI 和 ML 技术实现 Design construction，对数据进行分析进一步提高生产力等，会在未来几年内逐步加以布局。” 在这样的背景下，2019 年，Cadence 以 Sigrity 为基础成立了系统（多物理场）仿真事业部，并将 Clarity 3D-EM 引擎抽取出来进行大幅度革新，推出了 Clarity 3D Solve。同时推出的还有基于 Sigrity 中的热仿真工具 PowerDC 创新而来的 Celsius Thermal Solver 热仿真求解器。 几个月前，Cadence 做出了一个更大的挑战，宣布收购在汽车发动机、航空发动机分析领域顶尖的流体力学公司 NUMECA。Ben Gu 表示，流体力学仿真领域市值约为 16 亿美元，远大于 EDA 关注的很多细分市场，公司上下对有机会进入这样一个全新的领域而感到相当兴奋。下图显示了 Cadence 多物理场仿真事业部目前拥有的产品类型，包括用于电场仿真分析的 Voltus/ESD 两款产品、电磁场领域的 Sigrity X/Clarity、热仿真工具 Celsius、流体力学分析工具 Numeca，今后几年内，该事业部还将涉足更多领域，并同时积极地寻求收购机会。 Cadence 多物理场仿真事业部目前拥有的产品类型Ben Gu 认为，尽管刚刚涉足系统仿真领域，EDA 技术和系统仿真需要解决电磁、光、力、热等多物理问题看起来也不一样，但这些问题在经过数学抽象化之后，其本质就会变成非常巨大的系数矩阵，从而趋于一致，这就为把此前在电路仿真、电磁场仿真领域积累的技术应用于系统仿真领域奠定了基础。同时，强大的客户支持和出色的人才储备，也为公司注入了竞争的底气。来源：Cadence楷登
