Synopsys решает проблему гиперконвергентных ИС с помощью единой схемы моделирования

Поскольку конструкция микросхем становится все более сложной, когда множество компонентов и технологий объединяются в гиперконвергентные интегральные схемы (ИС), единый системный подход к анализу системы был бы логическим способом упростить сложность. Synopsys решает эту проблему с помощью унифицированного рабочего процесса моделирования схем PrimeSim Continuum, который позволяет справиться как со сложностью, так и с масштабом современных микросхем с гетерогенной архитектурой для памяти, искусственного интеллекта (AI), автомобильных приложений и приложений 5G.

PrimeSim Continuum, представленный на международной конференции пользователей SNUG World, представляет собой универсальное решение, состоящее из механизмов моделирования, включая PrimeSim SPICE, PrimeSim Pro, PrimeSim HSPICE и PrimeSim XA. Эта среда проектирования обеспечивает беспроблемное моделирование всех движков PrimeSim с комплексным анализом, повышенной производительностью и простотой использования. Он составляет основу платформы индивидуального дизайна Synopsys.

Современные гиперконвергентные системы на кристалле (SoC) состоят из разрозненных компонентов, интегрированных в один кристалл или корпус. Они могут включать в себя более крупные и более быстрые встроенные запоминающие устройства, аналоговые интерфейсные устройства и сложные схемы ввода-вывода, которые обмениваются данными со скоростью передачи данных 100 ГБ + со стеком DRAM, подключенным на том же кристалле в конструкции «система в корпусе». Этот разнообразный набор аналоговых, цифровых и смешанных сигнальных компонентов, некоторые из которых построены на различных технологических узлах и, возможно, также интегрированы вертикально с использованием архитектур 2.5D или 3D, представляет собой еще большую сложность.

Эти проблемы, связанные с проверкой масштабов этих сложных конструкций, поскольку узлы процессов с передовыми технологиями представляют собой повышенную паразитность, изменчивость процесса и уменьшенную прибыль. Это приводит к большему количеству симуляций с более длительным временем выполнения и более высокой точностью, влияя на общее время получения результатов, качество результатов и стоимость результатов.

В беседе с embedded.com Хани Элхак, директор группы по управлению продуктами в Synopsys, сказал:«Чтобы решить эту проблему, вам нужна система механизмов моделирования с унифицированным рабочим процессом. В настоящее время нет ни одного симулятора SPICE, который мог бы справиться со всем ». Он сказал, что необходимо иметь дело как с системной сложностью, так и с масштабной сложностью конструкций ИС.

Именно для этого предназначен PrimeSim Continuum. Он устраняет системную сложность таких гиперконвергентных проектов с помощью унифицированного рабочего процесса механизмов моделирования качества согласования, настроенных для аналоговых, смешанных сигналов, ВЧ, пользовательских проектов цифровой памяти. PrimeSim Continuum использует архитектуры SPICE и FastSPICE следующего поколения и гетерогенные вычисления для оптимизации использования ресурсов ЦП и графического процессора и сокращения времени получения результатов и стоимости результатов.

В качестве примера потребностей моделирования схем в сложных проектах рассмотрим появление памяти с высокой пропускной способностью (HBM), состоящей из больших трехмерных многослойных DRAM, интегрированных с SoC на 3DIC или в SiP. HBM, который обеспечивает высокоскоростной интерфейс памяти для трехмерной синхронной памяти DRAM (SDRAM), используется с высокопроизводительными графическими ускорителями, AI ASIC и FPGA в высокопроизводительных центрах обработки данных и сетевых устройствах. В этих микросхемах памяти несколько кристаллов DRAM вертикально уложены в стопку с контроллером памяти, и все они соединены сквозными переходными отверстиями (TSV) и микровыступами на кремниевом переходнике.

Разработчикам необходимо проверить всю подсистему памяти, присутствующую в SiP, что означает выполнение сложного многомерного анализа на уровне компонентов и подсистем. Существуют более сложные и более строгие ограничения с новыми сложностями, которые необходимо решить для достижения целевых показателей мощности и производительности. Инструменты моделирования схем должны поддерживать:

• Анализ нескольких технологий и нескольких компонентов (логические, аналоговые, память, ввод-вывод)
• Различные типы анализа (аналоговый, цифровой, смешанный сигнал)
• Большой объем анализа на уровне подсистем и микросхем.
• Расширенный анализ надежности (электрический, тепловой, электротермический, временной)
• Целостность сигнала
• Анализ изменчивости (процессный, структурный)

Кроме того, по мере того, как эти конструкции масштабируются до узлов с передовыми технологиями, значительно увеличивается количество симуляций, чтобы гарантировать, что конструкция будет надежной и будет соответствовать целевым показателям доходности. Проблемы включают, например, измерение целостности сигнала, которое необходимо будет проанализировать с помощью промежуточного устройства. Такие проблемы, как электротермическое напряжение и более крупные паразиты, должны быть устранены, чтобы повысить надежность микросхемы, которая потребуется при масштабном производстве.

С точки зрения возможностей проектирования это представляет собой многомерную задачу, которая требует рабочих процессов, оптимизированных с точки зрения энергопотребления, производительности, площади (PPA) и сближения затрат.

Сассин Гази, главный операционный директор Synopsys, сказал:«PrimeSim Continuum представляет собой революционный прорыв в инновациях в области моделирования схем с гетерогенным ускорением вычислений на GPU / CPU, устанавливая новую планку для решений EDA. Наши клиенты во всех сегментах дизайна теперь могут извлечь выгоду из многолетних инвестиций в исследования и разработки, инноваций и сотрудничества с клиентами с помощью технологий следующего поколения PrimeSim Continuum, которые дополняют нашу современную платформу индивидуального проектирования и Verification Continuum ».

Эльхак сказал, что Kioxia является примером клиента с ранним доступом, который использует все аспекты нового решения, при этом флеш-память является очень сложной системой. Конструкции памяти Kioxia объединяют сложные системы, состоящие из памяти, аналоговых, смешанных сигналов и пользовательских цифровых блоков, которые требуют различных технологий проектирования и подписи.

Шигео (Джефф) Охима, технический директор по разработке приложений для твердотельных накопителей в Kioxia, сказал:«Конвергентный рабочий процесс вокруг общего решения для моделирования схем необходим для достижения наших целей по времени и стоимости результатов. PrimeSim Continuums от Synopsys - это комплексное решение, которое объединяет лучшие технологии SPICE и FastSPICE, обеспечивая точность, скорость и производительность для наших сложных проектов. Среда проектирования PrimeWave обеспечивает общий рабочий процесс для всех дисциплин моделирования, позволяя утверждать проекты памяти Kioxia. Эффективное сотрудничество и доступ к технологиям нового поколения - основа нашего партнерства с Synopsys ».

PrimeSim Pro для повышения производительности

Симулятор Synopsys PrimeSim Pro, входящий в состав PrimeSim Continuum, представляет собой архитектуру FastSPICE нового поколения для быстрого и высокопроизводительного анализа современных конструкций DRAM и флэш-памяти.

Постоянное масштабирование технологий и инновации в архитектуре DRAM привели к созданию более крупных и сложных конструкций памяти, требующих более высокой производительности и емкости моделирования. По словам Чон Юн Чоя, корпоративного вице-президента отдела технологий проектирования памяти в Samsung Electronics , сказал:«Synopsys PrimeSim Pro, следующее поколение нашего симулятора FastSPICE с планом рекордных показателей, может обеспечить до 5-кратное ускорение производительности в наших проектах сети доставки питания на полную микросхему. Архитектура следующего поколения PrimeSim Pro может идти в ногу с потребностями в емкости наших передовых конструкций памяти и позволяет нам достичь наших жестких целевых показателей по времени получения результатов ».

Nvidia, партнер и заказчик

Архитектура нового поколения симулятора Synopsys PrimeSim SPICE с использованием технологии графического процессора Nvidia обеспечивает значительные улучшения производительности, необходимые для выполнения всестороннего анализа аналоговых и радиочастотных схем, при соблюдении требований к точности подписи.

«По мере развития современных вычислительных нагрузок размер и сложность аналоговых схем превзошли возможности традиционных симуляторов схем», - сказал Эдвард Ли, вице-президент Nvidia по разработке смешанных сигналов. «Использование графических процессоров NVIDIA позволяет PrimeSim SPICE ускорять симуляцию схем, в частности, сводя к минимуму время подписи аналоговых блоков с дней до часов».

«Поскольку сложность проектирования увеличивается с использованием усовершенствованных технологических узлов, мы стремимся поддерживать наших общих клиентов с помощью инновационных технологий моделирования, чтобы сократить циклы проверки и анализа», - сказал Джехонг Парк, исполнительный вице-президент и руководитель отдела разработки платформ для проектирования литейных производств в Samsung Electronics. «Synopsys PrimeSim Continuum с унифицированным рабочим процессом, состоящим из передовых механизмов моделирования, обеспечил 10-кратное ускорение с золотой точностью SPICE за счет неоднородного ускорения вычислений в нашей недавней разработке 56 Гбит Ethernet, сократив усилия по проверке с дней до часов».

Единый рабочий процесс для анализа и утверждения

Решение PrimeSim Continuum объединяет PrimeSim SPICE и PrimeSim Pro с симулятором PrimeSim HSPICE, эталонным эталоном подтверждения базового IP и целостности сигналов, а также симулятором PrimeSim XA, технологией FastSPICE для SRAM и проверки смешанных сигналов. PrimeWave обеспечивает бесперебойную работу, обеспечивая согласованную и гибкую среду для всех механизмов PrimeSim Continuum, оптимизируя настройку проекта, анализ и постобработку.