eSim超大规模集成电路仿真软件整合SPICE和FAST-SPICE的技术,兼容SPICE和FAST-SPICE的优点和长处,满足现代用户低功耗、高性能要求,解决了IC设计师对混合信号电路设计、验证和最终签审的问题 。

  eSim软件面向解决大规模混合信号SoC电路(包括后版图寄生参数)的仿真及模拟,结合先进的SPICE和FAST-SPICE技术,以达到精确且快速模拟实际电路的能力。eSim适合数模混合以及含有巨量寄生阻容的后版图设计模拟,是eSpice的“快速”和“超大容量”版本,能区分Analog/Digital模块,自动选择合适的算法,在损失精度可控的条件下,百倍千倍的提高模拟速度。

1 优势和功能

无精度损失优化技术

  • 前端处理(模拟SETUP阶段)技术
  • 高容量、高性能输入数据处理和数据库存储技术
  • 高性能大型线型系统(linear system)求解技术
  • 快捷的预处理及求解(Efficient pre-conditioners and solvers)
  • 多核=》多线程计算
  • 计算群(Machine Farms) =》分布式计算
  • 图形处理器(GPU) =》巨量并行(Massively Parallel)计算
  • 云计算 =》基于互联网的EDA软件远程计算模式

有精度损失优化技术

SPICE部分

FAST-SPICE部分

精确器件模型;考虑工艺变动差异;

简化版器件模型;查表(Table)模型;寄生网表简化

每个时间步(time-step)要求全局收敛

全局采用统一的时间步(time-step)

事件驱动(event-driven)模拟;不需要全局收敛

整个电路一个矩阵

多速率(Multirate): 不同的模块可以采用不同的time-step

 

电路分区(Partition);矩阵分区;分层模拟

基于电路的Fast-SPICE优化技术

  • 根据电路各个子系统(或模块)不同的结构、特性、功能,采用相应的优化方法和模拟技术
  • 自动或半自动识别不同的功能模块,把复杂的系统分化成不同复杂度和大小的模块分别建模和求解
  • 对某些已知功能和特性的大型功能模块(如OSC,OPAMP,SRAM,FLASH,ADC,DAC,ESD,DIGITAL等等)可以采用特殊的、单独的优化技术以加速求解和提高容量
  • 智能结合技术(Smart Binding,patent pending)

基于图形的Fast-SPICE优化技术

  • 把需要模拟的各个子系统(或模块)转化成图形(Graph)后,应用高性能的电路数据表示和处理算法,采用相应的图形识别、优化和模拟技术
  • 分层次(Hierarchical)数据、网表储存和处理能极大的提高设置(Setup)阶段的性能和容量
  • 同型匹配(Isomorphic matching) 能避免瞬态(transient)分析过程中相同或几乎相同的电路模块的重复计算
  • 对某些功能模块(例如memory arrays)结构上的拓扑识别有助于层次化的排列简化(hierarchical array reduction)

基于矩阵的Fast-SPICE优化技术

  • 模拟仿真的最后一步都要解一个大型矩阵。优化矩阵表示和储存,矩阵分块等技术可以简化和加速矩阵解法。
  • 矩阵填充(fill-in)
    • 节点排序方案及分解/解决:最低度, 嵌套的分解 (e.g. hmetis)
    • 预处理技术: 不完全LU,多重网格 (Preconditioning techniques: incomplete LU, multigrid)
    • 预处理 (preconditioning)
    • 填充型矩阵分割 (Fill-in-based matrix partitioning)
    • 线性求解的选择:直接法或迭代法(direct vs. iterative)
    • 并行线性求解 (Parallelization of linear solvers)
  • 基于矩阵的模型阶简化:模型降阶(model order reduction - MOR)
    • 模型降阶应用,例如基于Krylov子空间方法或截断平衡连续子矩阵法(对应的线性子电路)
  • 消除耦合性(coupling)的弱填充(Weak fill-in)
    • 通过计算Schur complement来发现弱耦合填充

Fast-SPICE功能模块识别技术

  • 对于在数字领域模块中的晶体管,可以使用高性能近似器件模型(例如查表模型)来取代高精度的SPICE模型
  • 对于完整的线性子模块,可以利用模型降阶MOR( model order reduction)技术来生成超高效率的宏模型(Macro-model)
  • 对于不同的数字或者模拟模块,可以应用不同的积分、预处理 (Preconditioning)和求解引擎

Fast-SPICE功能模块分区(Partition)技术

  • 在识别不同的功能模块的基础上,分析基于CMOS的设计,按晶体管通道连接(channel-connected)模块分区
  • 允许把整个电路矩阵分成小的子矩阵:这些小的子矩阵可以分别求解
  • 不需要全局收敛(No global convergence)
  • 不同的分区或子模块可以采用不同的积分步长: 多速率,异步仿真(multirate, asynchronous simulation”)
  • 省略延迟模块(latent blocks) 的求解:所谓的“事件驱动仿真”(event-driven simulation)

Fast-SPICE针对大型或超大型模块的特殊技术

  • 供电网络(power supply)模块:
    • ​功能固定、单一,信号变化相对缓慢
    • 超大型模块,而且和几乎所有其它的模块都有很强的耦合
    • 需要特殊的建模、预处理 (preconditioning)和求解技术
    • 存储(Memory)模块
    • 有效的模拟memory arrays是高性能全片模拟的基本要求
    • FAST-SPICE的甜点(Sweet Spot)
  • SuperSpice兼有分析电迁移和电压降(EM/IR)功能:
    • ​动态、静态分析
    • 支持低功耗设计方法,例如电源门控 (Power Gating),电源上控 (Power-up)
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