西门子祭出电源EDA大招：“一网打尽”模拟和数字IC设计

过去，集成电路行业在数字电路的缩放上投入了大量的资金和关注，数字电路来到5nm、3nm甚至是2nm，摩尔定律也开始逐渐走到极限。虽然我们对数字计算能力的需求似乎永无止境，但我们正在进入一个模拟和数字融合的时代。技术的不断发展，也推动了EDA软件的前进。现在随着日常生活的日渐智能化将推动半导体设计投产项目出现新的增长领域，例如5G、物联网、车载ADAS和物联网等等，在这其中，模拟模块和电源域成为增长快的芯片设计元件。然而，在模拟领域，市场上尚无一款全方位的EDA电源分析软件。

尺寸和复杂性不断攀升，对电源EDA提出新需求

在5nm至28nm的技术节点范围内，模拟模块的数量以10%-15%的年复合增长率增长。与此同时，覆盖所有技术节点的电源域数量也在增长，技术节点越先进其增长越快。传感器是推动后端计算增长的前端产品，从2015年到2025年，连接到互联网的半导体传感器以34%的年复合增长率增长。我们必须保证这些终端产品可以实现更好的续航和更好的电池性能。为了达成这样的目标，就需要针对功耗管理来投入更多，因此就增加了芯片设计的复杂性。

尺寸和复杂性的不断增加使得我们迫切需要大规模的模拟和数字电源完整性解决方案。模拟系统需要在功率上实现突破才能与时俱进，然而集成电路IC设计师们发现他们根本没有用于功率分析的EDA工具。所以市场亟需一款能够同时适用于模拟、数字和混合信号IC设计的电源完整性解决方案。
首先让我们来了解下什么是电源完整性分析和验证？电源完整性分析评估电路，主要用来确定电路在实现时是否能提供其设计/预期性能和可靠性。一个完整的电源完整性分析解决方案包括三个主要部分：首先是电源功耗，需要验证实现的芯片设计将提供不同工作模式下的总预测功率。然后是性能，发现并消除受布局影响的性能问题，如速度下降、功能故障等。后是可靠性，发现并消除可能影响性能和产品寿命的布局实施问题，如电磁、自热等。
为了获得芯片级的功率完整性，IC设计公司必须运行全芯片电迁移(EM)和电压降(IR)分析，以确保电网能够向设备提供必要的电流，以实现设计功能。然而过去，大尺寸复杂模拟系统经常是在未进行详细EM/IR分析的情况下就送去制造生产，大型模拟电路的EM/IR分析是设计人员面临的大挑战和操作痛苦的地方，而如此缺少详细的EM 和 IR分析会使整个系统陷入风险。
在电源完整性领域，西门子EDA已经有很多非常重要的工具，比如在设计端有PowerPro优化RTL和预测功耗，能够在RTL阶段进行门级预测。在芯片级有Calibre PERC，主要是对电气过应力的验证，还有静电放电保护。同时还有用于封装的HyperLynx的分析工具。

而针对模拟和数字融合下的完整电源解决方案，西门子给出的答案是mPower。

业界面向模拟和数字EM/IR的EDA工具

西门子数字化工业软件推出的mPower 电源完整性软件，是业界也是唯一一款可为模拟、数字和混合信号 IC 设计提供近乎无限扩展性的 IC 电源完整性验证解決方案，即便对于大规模的 IC 设计，也能够实现全面的电源、电迁移 (EM) 和压降 (IR) 分析。

据西门子数字化工业软件 Calibre interfaces和mPower 电源完整性分析工具产品管理总监Joseph Davis介绍，mPower的可拓展性是空前的，它可以进行一些几乎无限制的、以云为基础的硬件和工业化软硬件的拓展性需求。它不仅可以推动更大的容量、更高的性能，还可以将这些特性迁移至模拟环节。不仅如此，mPower支持模拟全芯片动态以及完美地融入设计流程中；还可以和任何模拟器或提取器进行模拟，能够无缝嵌入到任何提取器中。
除了出色的模拟功能之外，mPower 可扩展式 EM/IR 引擎还可为所有数字 IC 设计进行分析。这种数字化解决方案可以轻松地集成到现有各种设计流程之中，提供世界的电源分析功能，每台机器仅需消耗很低的存储容量即可实现，即便对于大规模的数字设计也依然适用。
能够实现模拟功能的突破以及数字功能超越的原因是，mPower基于实体考量且针对异构网络的每一个引擎而进行设计。这意味着只需要非常小的内存即可运行在任何单个服务器，也是通常的“大内存小化”。这一点体现在使用异构网络进行计算、数据加载以及仿真报告的环节中，所以终mPower能以低的成本实现短的周转时间。

除此之外，mPower可进行大容量 (HC) 动态分析，即能涵盖上百万个晶体管而进行动态分析，覆盖设计全流程，在任何规模上都可充满信心地实现基于仿真的核签（Sign-off）。mPower让不可能变为可能，使5G和其他创新成为可能。
mPower 软件不仅适用于所有版本的2D 设计以及任意规模的 2.5/3D IC 实作，还可以轻松集成至现有的设计流程之中。在mPower的帮助下，IC 设计人员能够快速充分地验证其设计是否达到了与电源相关的设计目标，这种能力可以帮助IC 客户提升产品质量、增强可靠性并加快产品的面市速度。

mPower客户反响如何？

目前mPower已获得了多个客户的认可，首先是MaxLinear，该公司已经使用了mPower很长时间，并且对它的工作流非常满意。通过mPower可为MaxLinear大幅地节省时间与资金，也提升了客户对于mPower的信心。
第二个案例是Efinix ，该公司的FPGA为一款数字化芯片，由于传统的EM/IR并不适用于这款芯片的设计原理和设计方法，也为此与供应商进行了大量的沟通与尝试，但均未奏效。mPower可为该公司提供晶体管级别的EM/IR分析，可覆盖较大数量级的晶体管，其中的流片工作也是该公司此前从未达到的水平。mPower可模拟晶体管的数量级可达十万甚至上百万。
人工智能计算解决方案开发商Esperanto Technologies的VLSI副总裁Darren Jones 表示：“在使用 mPower 之前，我们无法在1000多个内核的 64 位 RISC-V 人工智能芯片上执行单次全芯片 的 EM/IR 分析，使用 mPower 之后，我们只需很少的资源就能够在服务器场上运行 240 亿个晶体管的 7nm 人工智能芯片，周转时间也优于我们从前预期。”
后，安森美是一个传感器企业，该公司的芯片为半模拟半数字类型，同时又与传感器阵列结合，因此要求解决方案必须拓展至模拟与数字化才可进行细节分析进而交付客户。该公司起初在芯片核心出现了一些运行不稳定的问题，西门子快速与其在数字化方面进行合作，以组建与合规材料的积极改进，并且在此后也进行了全芯片的分析，可同时进行数字和模拟的拓展。这个结果是该公司追求多年而不得的。

写在后

“西门子进入EDA市场主要是通过收购Mentor Graphics，可以看到我们的战略主要就是进行良性竞争，提供佳的解决方案，使得我们客户的生产力以及成本得到优化，所以我们的重点就是驱动更加快速可靠的工具，从关于一个方案的想法到制造整体流程的推动。”Joseph Davis如是说。
mPower是了解了当下和未来模拟和数字的需求，而发展成的一种新的系统，它能够解决现在新兴的问题，而不是解决十年前就存在的老旧问题。总而言之，mPower是全球全芯片EM/IR分析工具，它不仅有模拟功能的突破，也有数字功能的超越。