SPICE仿真的典型应用案例及应用挑战

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 Simulation

Liberate Trio Characterization Suite

Legato Reliability Solution

Virtuoso ADE Product Suite

Voltus-XFi Custom Power Integrity Solution

Virtuoso 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 Mismatch 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。