在IC設(shè)計中，電路仿真是指用數(shù)學方法來模擬電路的工作行為，是電路功能與性能驗證的最核心手段。自70年代電路仿真器被發(fā)明以來，一直是EDA領(lǐng)域的核心關(guān)鍵產(chǎn)品，更是EDA市場的兵家必爭之地。但因電路仿真的技術(shù)復雜，算法復雜度高，技術(shù)突破極其困難，市場一直都被國際EDA三巨頭公司牢牢占據(jù)。

近年來，隨著工藝的發(fā)展和設(shè)計復雜度的增加，IC電路規(guī)模越來越大，SPICE仿真工具遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，也給本土EDA帶來了破局的機遇，領(lǐng)頭羊華大九天自2009年創(chuàng)立伊始就瞄準了電路仿真這顆“EDA皇冠上的珍珠”。立志要攻克電路仿真的核心技術(shù)，讓中國的仿真器能夠與國際巨頭同臺競爭。經(jīng)過4-5年的技術(shù)積淀、團隊攻堅，華大九天初步奠定了自主仿真器的核心架構(gòu)和技術(shù)引擎基礎(chǔ)。 2016年，華大九天創(chuàng)新地發(fā)明了智能矩陣求解技術(shù)（Smart Matrix Solver），一舉突破了超大規(guī)模電路仿真驗證性能和容量的瓶頸，相比市場主流產(chǎn)品取得了3倍以上的性能優(yōu)勢。七年磨一劍，華大九天自主創(chuàng)新的仿真器Empyrean?ALPS終于破繭成蝶。

在半導體工藝發(fā)展到16nm/7nm之后，傳統(tǒng)的設(shè)計仿真驗證形態(tài)已無法滿足客戶的實際設(shè)計需求，華大九天再次提出基于GPU-CPU異構(gòu)硬件系統(tǒng)開發(fā)新的SPICE算法。2018年華大九天正式推出業(yè)界首款異構(gòu)并行仿真系統(tǒng)Empyrean ALPS-GT，基于大算力異構(gòu)平臺和獨創(chuàng)的異構(gòu)智能矩陣求解技術(shù)SMS-GT，極大地提升了電路仿真的性能，保持100% True SPICE精度，性能相比CPU架構(gòu)的SPICE提升了10+倍。ALPS-GT的推出，解決了FastSPICE及引入FastSPICE技術(shù)的SPICE精度不夠，而傳統(tǒng)SPICE及并行SPICE性能和容量又不夠的問題。 華大九天的仿真器與國際巨頭仿真器相比到底性能如何？近日，國外著名媒體EDA論壇DeepChip發(fā)表了IC工程師親測的幾款主流仿真器性能對比，華大九天ALPS仿真器與知名EDA巨頭的FineSim/PrimeSim/Spectre-X對比，可達2.7-38.4倍提速！性能卓越，深受IC設(shè)計者喜愛！

實際上，華大九天ALPS仿真器已經(jīng)連續(xù)數(shù)年榮登DeepChip論壇特定領(lǐng)域最佳仿真器的殊榮，DeepChip論壇的模擬IC設(shè)計工程師中有不少使用過ALPS的仿真器，他們對ALPS的表現(xiàn)都很滿意，DeepChip網(wǎng)站刊登了來自工程師們的反饋。 2022年DeepChip基于工程師們的反饋，將基于CPU-GPU平臺的異構(gòu)仿真系統(tǒng)Empyrean ALPS-GT和Mentor AFS-XT、AFS 和Cadence Spectre APS進行對比的報告進行了匯總，工程師們的結(jié)論是：ALPS在保持相同精度的情況下，Empyrean ALPS-GT 相比Mentor AFS-XT 仿真器有1.5倍的提速效果、相比Mentor AFS仿真器有3倍的提速效果、相比Cadence Spectre APS仿真器有3倍的提速效果。即使在沒有使用GPU加速的情況下，ALPS仿真器在速度上仍然超越了CDNS/SNPS仿真器。

在保持精度的情況下：Empyrean ALPS相比Spectre系列的仿真器平均快了1.5-4倍。而相較于HSPICE仿真器則達到2倍的提速效果。也就是說ALPS在確保精度正確的情況下，顯然是這四款中最快的仿真器。 在模擬工程師所共同關(guān)注的仿真器領(lǐng)域，DeepChip特別轉(zhuǎn)載了一位業(yè)內(nèi)資深I(lǐng)C設(shè)計者的來信。該博友這兩年一直高度關(guān)注DeepChip論壇中仿真器領(lǐng)域的博文。鑒于其在IC項目中的實際應用需求，和眾多DeepChip的忠實工程師博友一樣，特別希望能找到一款高性能的仿真工具，來加強設(shè)計迭代的效率、有效縮減設(shè)計周期。在研究了各類仿真器后，其在設(shè)計項目中應用并記錄了業(yè)內(nèi)常用的幾款仿真器的使用效果。

其來信分享了在先進工藝下的工程經(jīng)驗，也為論壇的其他工程師帶來一些最新的業(yè)內(nèi)實例參考。 在基于5nm先進工藝設(shè)計的高速混合信號芯片設(shè)計中，通過比對，該博友最終選擇使用了ALPS仿真器。設(shè)計包括了高速分頻器模塊，仿真采用標準SPICE輸入/輸出。從幾款仿真器的實際應用中總體來看，ALPS精度正確，且對前仿和后仿都具有一定加速性能，特別是ALPS后仿真的容量也很可觀。例如在此款高速芯片的后仿真中，在保持“高”精度級別設(shè)置，沒有進行RC約簡的情況下， ALPS能得到相比Cadence Spectre-X的2.9倍提速，相比Synopsys FineSim得到12倍提速，相比Synopsys PrimeSim得到1.9倍提速，對比了仿真結(jié)果，Empyrean ALPS是唯一能在3小時內(nèi)完成此款芯片后仿真的仿真器，顯然ALPS是以上所有仿真器中的最優(yōu)選！這意味著設(shè)計師可以基于完全精確的RCC數(shù)據(jù)，每天開展至少超五次的電路設(shè)計迭代。

該博友表示，這樣的設(shè)計效率對IC從業(yè)者的工作非常有幫助！ 如果使用ALPS仿真器的GPU加速版本，這樣的效率提升還能再提升3倍！也就是說在保持后仿真精度的情況下，Empyrean ALPS GPU相比下表內(nèi)Synopsys與Cadence的幾款仿真器有平均8.6-38.4倍的提速效果。 以下是在“高”精度的設(shè)置下，應用各仿真器的具體運行時間：

鑒于這樣仿真效率，該博友在工程上首選具備了卓越仿真效率的ALPS仿真器系列。其表示在5nm先進工藝的高速芯片后仿真中，在精度滿足的情況下，充分體驗到了ALPS的超群性能。由于ALPS的后仿真中性能優(yōu)異，網(wǎng)表提取相對便捷，他表示會持續(xù)使用ALPS仿真器。 在另外一位博友的來信中，他反饋在5nm先進工藝的IC設(shè)計中，經(jīng)過性能比對，最終選擇了華大九天ALPS系列仿真器用于項目設(shè)計。其選取一個大約包含1萬個晶體管器件、90萬個電阻以及60萬個電容的模塊作為參照電路。

仿真結(jié)果表明，在使用多線程并行仿真后，在相同的仿真精度的設(shè)置下，ALPS仿真器的速度是Cadence Spectre-X的2.7倍；是Synopsys PrimeSim的7.3倍；是Synopsys FineSim的12倍！總的來看ALPS在確保精度正確的情況下，較排名第二位的仿真器足有超一倍的速度提升！而Synopsys PrimeSim因仿真結(jié)果的誤差值，甚至沒有得到正確的仿真結(jié)果。?

所以該博友在日常工作中，通常使用ALPS及ALPS-GPU來對模擬電路進行仿真，其尤其稱贊到ALPS系列仿真器內(nèi)置的“智能矩陣解算器”技術(shù)。在支持高效電路版圖后仿真的同時，也能適配不同電路設(shè)計類型以及不同的制造工藝節(jié)點，使工程師開展電路聯(lián)調(diào)變得高效與便捷。他認為ALPS以及ALPS-GPU仿真器是其模擬電路分析的最佳選擇，并且由于ALPS良好的平臺兼容性，可以在Cadence的整體模擬設(shè)計系統(tǒng)中無縫連接與切換。 該博友已經(jīng)在大力向其公司的其他同事推薦ALPS和ALPS-GPU仿真器。本次來信也是將他自己的心得與體會向更多業(yè)內(nèi)工程師朋友進行分享。 DeepChip論壇是國際知名的EDA工具開發(fā)/使用線上交流論壇，至今已擁有近30年的歷史。包括IBM, Apple，TI，三星，華為等在內(nèi)的諸多國際著名半導體企業(yè)都是DeepChip論壇的資深企業(yè)會員，并定期為其投稿。

在2017年，DeepChip論壇共上線了約120篇技術(shù)文章，平均每篇文章?lián)碛屑s22000次閱讀次數(shù)，在業(yè)界持續(xù)發(fā)揮影響力。 華大九天ALPS仿真器曾連續(xù)三年被該論壇評為“全球最佳電路仿真產(chǎn)品”，早在2018年的DAC 會議上，華大九天電路仿真器ALPS就被《DeepChip》評選為 “Best of 2018”，這是我國自主研發(fā)的電路仿真器第一次站上了世界舞臺的中央?！禗eepChip》主編John Cooley在評論中寫道：SPICE領(lǐng)域的戰(zhàn)爭已沉寂多年，Cadence一直是這個市場的主力軍……,直到2018年一個重大的轉(zhuǎn)折出現(xiàn)，華大九天的ALPS產(chǎn)品成為眾多用戶心中的最佳仿真器。 在隨后的2019年和2020年，華大九天仿真器ALPS和ALPS-GT再接再厲，連續(xù)獲得《DeepChip》2019和2020年度仿真領(lǐng)域全球最佳，成為我國唯一一家獲此殊榮的EDA提供商。 在國內(nèi)，華大九天仿真器也獲得各種好評，入獲《2022年工業(yè)軟件優(yōu)秀產(chǎn)品名單》詳見： https://www.miit.gov.cn/jgsj/xxjsfzs/xxgk/art/2023/art_2fe99f4944c04e4683a6dfbe4ef09062.html 近幾年，隨著國家和資本的支持，本土EDA蓬勃發(fā)展，相信不久的將來，本土EDA將異軍突起，成為助力本土半導體騰飛的主力！

編輯：黃飛

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