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

Cadence系統仿真事業部資深軟件工程總監Jian Liu認為，對于大規模系統而言，EM的3D仿真首要解決的挑戰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?！盝ian Liu表示，“就系統設計而言，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?！?/div>

Cadence多物理系統分析事業部產品總監Jerry Zhao表示，像汽車這類大規模的中心系統，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模數據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通信等應用對數據中心的以太網端口帶寬提出了更高的要求，400G乃至800G以太網端口將成為主流，112G SerDes也將成為主流配置。去年底，Cadence曾發布長距離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環境精確建模，才能實現3D結構設計的優化和高速信號的穩定傳輸。因此，互連結構的優化必須進行數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Jian Liu介紹，作為Cadence系統分析戰略的首款產品，Clarity 3D Solver的EM仿真性能比傳統產品提高了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的創新在于真正的大規模并行計算。通過分解難以解決的大規模復雜問題，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?！盝ian Liu說，“Clarity采用獨特的分布式自適應網格結構，內存要求比傳統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?！?/div>

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。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封裝平臺的設計數據，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實現平臺集成（在Allegro和Virtuoso環境下設計三維結構，在分析工具中優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體現了Cadence系統分析戰略的特質，也反映出在大規模系統設計中，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已經成立了系統分析事業部，專門針對IC、封裝、PCB和全系統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，這是一個更大的市場。

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智能系統設計 EDA工具面臨新挑戰

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