隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，射頻集成電路作為通信、雷達(dá)和導(dǎo)航等領(lǐng)域的中流砥柱，其重要性不言而喻。作為行業(yè)領(lǐng)先的IC設(shè)計(jì)公司，中興微電子一直深耕于射頻電路研發(fā)，突破射頻芯片設(shè)計(jì)瓶頸，致力于為全球市場提供高性能的芯片產(chǎn)品。

1緣起

隨著5G時(shí)代和人工智能時(shí)代的來臨，芯片設(shè)計(jì)規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜度也在日益提升。射頻電路因其非線性強(qiáng)、頻率變換顯著等特點(diǎn)，使用傳統(tǒng)模擬電路的SPICE分析仿真將面臨諸多難題。特別是在先進(jìn)工藝下，射頻電路的規(guī)模急劇膨脹，寄生參數(shù)提取和仿真驗(yàn)證時(shí)間呈指數(shù)級增長，大規(guī)模射頻電路仿真將面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

另一方面，高性能射頻電路對寄生參數(shù)、工藝角的波動(dòng)非常敏感，需要謹(jǐn)慎地做寄生參數(shù)約簡，同時(shí)還需要摸底不同PVT（Process、Voltage、Temperature等）情況下的電路指標(biāo)，少則幾十種，多則上百個(gè)仿真，進(jìn)一步使整體仿真驗(yàn)證時(shí)間和工作量急劇上升。

隨著射頻電路的復(fù)雜度提升，頂層電路仿真至關(guān)重要。然而頂層電路后仿真花費(fèi)的時(shí)間都是以天甚至以周為單位，這不僅增加了項(xiàng)目成本，更限制了設(shè)計(jì)的迭代速度，急需一個(gè)既能保證精度，又能大幅提升仿真速度的解決方案。

2“軟件PK”：問題與規(guī)則

面對射頻電路仿真問題愁眉不展的時(shí)候，華大九天的射頻仿真工具Empyrean ALPS RF進(jìn)入視野，其宣稱是：

“ALPS-RF不僅具備高性能和高精度，更涵蓋了兩種主流RF求解方法：頻域的諧波平衡（HB）方法和時(shí)域的射擊牛頓（Shooting）方法，這得益于自研的高性能HB、shooting仿真引擎。使得ALPS-RF在不犧牲精度的前提下，性能表現(xiàn)遠(yuǎn)超現(xiàn)有主流射頻仿真器。

更令人振奮的是，ALPS-RF還推出了GPU/CPU異構(gòu)射頻仿真方案—ALPS-GT。通過優(yōu)化計(jì)算流程，將耗時(shí)大的計(jì)算任務(wù)遷移到GPU上，并自研了高性能矩陣求解算法，實(shí)現(xiàn)了整體加速一個(gè)量級的目標(biāo)?！?/p>

為驗(yàn)證ALPS-RF的真正性能，統(tǒng)一以下三項(xiàng)作為比對的基礎(chǔ)：

1仿真對比基于相同的收斂精度與計(jì)算資源（CPU core 數(shù)量相同）

2nport 器件插值方式統(tǒng)一為相同的插值方式

3在精度對齊的前提下進(jìn)行性能對比

3“軟件PK”：成績公布

1CPU平臺的仿真結(jié)果

（1）小信號仿真DC、AC、SP等仿真結(jié)果和當(dāng)前主流仿真工具精度速度均相當(dāng)。

（2）ALPS-RF在以HB分析為主的基帶電路仿真方面，速度優(yōu)勢顯著，這得益于矩陣運(yùn)算加速以及并行求解效率上的優(yōu)化。ALPS-RF在保證精度的前提下，平均時(shí)間開銷僅為當(dāng)前主流仿真工具的 1/2。

（3）對于高頻電路，無論是PA、LNA還是VCO，ALPS-RF與當(dāng)前主流仿真工具整體仿真精度一致，仿真速度相當(dāng)。

綜上所述，從CPU平臺的結(jié)果看，使用頻域求解的諧波平衡（HB）方法平均能帶來2倍加速比。

2GPU平臺的仿真結(jié)果

聚焦GPU平臺上的頂層仿真結(jié)果，鑒于射頻芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜性，龐大的晶體管數(shù)量往往導(dǎo)致頂層仿真周期延長至一至兩周，進(jìn)而在流片前難以獲取準(zhǔn)確的性能仿真數(shù)據(jù)。此外，關(guān)鍵模塊的后仿真過程耗時(shí)過長，嚴(yán)重影響了項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)度。若為了縮短仿真時(shí)間而降低精度設(shè)置，可能會(huì)導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際情況偏差，進(jìn)而與模塊級仿真結(jié)果產(chǎn)生不一致，引發(fā)數(shù)據(jù)信任問題。

對于頂層電路多音仿真，ALPS-RF在GPU平臺成功地實(shí)現(xiàn)5.5倍的加速提升。這一突破性的進(jìn)展將仿真時(shí)長顯著縮短至設(shè)計(jì)師期望的“黃金8小時(shí)”范圍之內(nèi)，從而使得在單個(gè)工作日內(nèi)能夠完成多次設(shè)計(jì)迭代，極大地提升了設(shè)計(jì)效率與靈活性。

ALPS-RF GPU方案在ADC和TRX電路仿真表現(xiàn)更為出色。由于電路規(guī)模龐大，傳統(tǒng)的CPU仿真流程需要數(shù)天甚至仿真中斷；而GPU方案僅在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)順利完成了仿真任務(wù)，大大提升了電路設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作的效率。

4結(jié)語：效率與質(zhì)量的雙重提升

華大九天推出的Empyrean ALPS RF，帶來了全新的射頻仿真解決方案，讓用戶深刻體會(huì)到了其“EDA賦能用戶”的魅力。通過引入ALPS-RF射頻仿真工具，中興微電子解決了大規(guī)模射頻電路仿真速度慢的痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了射頻設(shè)計(jì)迭代效率的顯著提升，不僅縮短了項(xiàng)目研發(fā)周期，更提高了芯片產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。中興微電子將繼續(xù)攜手華大九天，以ALPS-RF為核心武器，不斷突破射頻仿真的瓶頸，為全球市場提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的芯片產(chǎn)品。

北京華大九天科技股份有限公司（簡稱“華大九天”）成立于2009年，一直聚焦于EDA工具的開發(fā)、銷售及相關(guān)服務(wù)業(yè)務(wù)，致力于成為全流程、全領(lǐng)域、全球領(lǐng)先的EDA提供商。

華大九天主要產(chǎn)品包括全定制設(shè)計(jì)平臺EDA工具系統(tǒng)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)EDA工具、晶圓制造EDA工具和先進(jìn)封裝設(shè)計(jì)EDA工具等軟件及相關(guān)技術(shù)服務(wù)。其中，全定制設(shè)計(jì)平臺EDA工具系統(tǒng)包括模擬電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)、存儲電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)、射頻電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)和平板顯示電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)；技術(shù)服務(wù)主要包括基礎(chǔ) IP、晶圓制造工程服務(wù)及其他相關(guān)服務(wù)。產(chǎn)品和服務(wù)主要應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)、制造及封裝領(lǐng)域。

華大九天總部位于北京，在南京、成都、深圳、上海、香港、廣州、北京亦莊、西安和天津等地設(shè)有全資子公司，在武漢、廈門、蘇州等地設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。