Synopsys aborda los circuitos integrados hiperconvergentes con un flujo de simulación de circuito unificado

Con el diseño de chips cada vez más complejo con múltiples componentes y tecnologías que se unen en circuitos integrados (CI) hiperconvergentes, un enfoque de sistema único para analizar el sistema sería una forma lógica de simplificar la complejidad. Synopsys está abordando esto con un flujo de trabajo de simulación de circuito unificado, PrimeSim Continuum, para hacer frente tanto a la complejidad como a la escala de los chips de arquitectura heterogénea de la actualidad para aplicaciones de memoria, inteligencia artificial (IA), automotriz y 5G.

Lanzado en la conferencia internacional de usuarios SNUG World, PrimeSim Continuum es una solución todo en uno que consta de motores de simulación que incluyen PrimeSim SPICE, PrimeSim Pro, PrimeSim HSPICE y PrimeSim XA. Este entorno de diseño ofrece una experiencia de simulación perfecta en todos los motores PrimeSim con análisis completo, productividad mejorada y facilidad de uso. Constituye la base de la plataforma de diseño personalizado Synopsys.

Los sistemas hiperconvergentes en chip (SoC) actuales consisten en componentes dispares integrados en el mismo troquel o paquete. Estos pueden incluir memorias integradas más grandes y más rápidas, dispositivos frontales analógicos y circuitos de E / S complejos que se comunican a velocidades de datos de más de 100 Gb con la pila DRAM conectada en la misma pieza de silicio en un diseño de sistema en paquete. Este conjunto diverso de componentes de señales analógicas, digitales y mixtas, algunos construidos en diferentes nodos de proceso, y posiblemente también integrados verticalmente utilizando arquitecturas 2.5D o 3D, presenta una complejidad aún mayor.

Estos desafíos asociados con la verificación de estos diseños complejos escalan a medida que los nodos de proceso de tecnología avanzada presentan mayores parásitos, variabilidad del proceso y márgenes reducidos. Esto da como resultado más simulaciones con tiempos de ejecución más largos con mayor precisión que impactan el tiempo total hasta los resultados, la calidad de los resultados y el costo de los resultados.

En declaraciones a embedded.com, Hany Elhak, director de grupo de gestión de productos en Synopsys, dijo:“Para abordar esto, necesita un sistema de motores de simulación con flujo de trabajo unificado. Actualmente, no hay un simulador SPICE que pueda manejar todo ". Dijo que es necesario lidiar con la complejidad sistémica y la complejidad de escala de los diseños de CI.

Esto es lo que PrimeSim Continuum está destinado a abordar. Aborda la complejidad sistémica de tales diseños hiperconvergentes con un flujo de trabajo unificado de motores de simulación de calidad de firma sintonizados para diseños de memoria digital personalizados, analógicos, de señal mixta, RF. PrimeSim Continuum utiliza arquitecturas SPICE y FastSPICE de próxima generación y computación heterogénea para optimizar el uso de recursos de CPU y GPU y mejorar el tiempo de obtención de resultados y el costo de resultados.

Como ejemplo de las necesidades de simulación de circuitos de diseños complejos, considere la aparición de la memoria de gran ancho de banda (HBM) que consiste en una gran DRAM apilada en 3D integrada con el SoC en un 3DIC o en un SiP. HBM, que proporciona una interfaz de memoria de alta velocidad para DRAM síncrona apilada en 3D (SDRAM), se utiliza con aceleradores de gráficos de alto rendimiento, AI ASIC y FPGA en centros de datos de alto rendimiento y dispositivos de red. En estos chips de memoria, múltiples matrices DRAM se apilan verticalmente con un controlador de memoria, todos interconectados por vías de silicio (TSV) y microbombos en un intercalador de silicio.

Los diseñadores deben verificar todo el subsistema de memoria presente en un SiP, lo que significa realizar análisis multidimensionales complejos a nivel de componentes y subsistemas. Existen limitaciones difíciles y más estrictas con nuevas complejidades que deben abordarse para lograr los objetivos de poder y desempeño. Las herramientas de simulación de circuitos deben poder admitir:

• Análisis de múltiples tecnologías y múltiples componentes (lógica, analógica, memoria, E / S)
• Diferentes tipos de análisis (analógico, digital, señal mixta)
• Grandes capacidades para análisis de subsistemas y a nivel de chip
• Análisis de confiabilidad avanzados (eléctricos, térmicos, electrotérmicos, temporales)
• Integridad de la señal
• Análisis de variabilidad (proceso, estructural)

Además, a medida que estos diseños escalan a nodos de tecnología avanzada, hay un aumento sustancial en las simulaciones para garantizar que el diseño sea confiable y cumpla con los objetivos de rendimiento. Los desafíos incluyen la medición de la integridad de la señal, por ejemplo, que deberá analizarse a través del intercalador. Se deben abordar problemas como el estrés electrotérmico y los parásitos más grandes para fomentar la confiabilidad del chip que requerirá la fabricación a escala.

Desde la perspectiva de la habilitación del diseño, esto presenta un desafío multidimensional que requiere flujos de trabajo optimizados para la convergencia de energía, rendimiento, área (PPA) y costos.

Sassine Ghazi, director de operaciones de Synopsys, dijo:“PrimeSim Continuum representa un avance revolucionario en la innovación de simulación de circuitos con aceleración de cómputo heterogénea en GPU / CPU, estableciendo un nuevo estándar para las soluciones EDA. Nuestros clientes en todos los segmentos de diseño ahora pueden beneficiarse de años de inversión en I + D, innovación y colaboración del cliente con las tecnologías de próxima generación PrimeSim Continuum que complementan nuestra moderna plataforma de diseño personalizado y Verification Continuum ”.

Elhak dijo que Kioxia es un ejemplo de un cliente de acceso temprano que está utilizando todos los aspectos de la nueva solución, siendo la memoria flash un sistema muy complejo. Los diseños de memoria de Kioxia integran sistemas complejos que consisten en bloques de memoria, analógicos, de señal mixta y digitales personalizados que requieren diferentes tecnologías de diseño y firma.

Shigeo (Jeff) Ohshima, ejecutivo de tecnología para ingeniería de aplicaciones SSD en Kioxia, dijo:“Se necesita un flujo de trabajo convergente alrededor de una solución de simulación de circuito común para cumplir con nuestros objetivos de tiempo de obtención de resultados y costo de resultados. PrimeSim Continuums de Synopsys es una solución todo en uno que integra las mejores tecnologías SPICE y FastSPICE entregando precisión, velocidad y capacidad para nuestros diseños complejos. El entorno de diseño PrimeWave proporciona un flujo de trabajo común en todas las disciplinas de simulación, lo que permite la aprobación de los diseños de memoria de Kioxia. La colaboración eficaz y el acceso a tecnologías de próxima generación son fundamentales para nuestra asociación con Synopsys ”.

PrimeSim Pro para acelerar el rendimiento

El simulador Synopsys PrimeSim Pro, una parte de PrimeSim Continuum, representa una arquitectura FastSPICE de próxima generación para un análisis rápido y de alta capacidad de diseños modernos de memoria DRAM y Flash.

El escalado continuo de la tecnología y las innovaciones en torno a la arquitectura DRAM han dado como resultado diseños de memoria más grandes y complejos que requieren un mayor rendimiento y capacidad de simulación. Según Jung Yun Choi, vicepresidente corporativo del equipo de tecnología de diseño de memoria en Samsung Electronics , dijo:“Synopsys PrimeSim Pro, la próxima generación de nuestro plan de simulador FastSPICE récord, puede ofrecer una aceleración del rendimiento de hasta 5 veces en nuestros diseños de red de suministro de energía de chip completo. La arquitectura PrimeSim Pro de próxima generación puede seguir el ritmo de las necesidades de capacidad de nuestros diseños de memoria avanzados y permitirnos cumplir con nuestros objetivos agresivos de tiempo para obtener resultados ”.

Nvidia, el socio y el cliente

La arquitectura de próxima generación del simulador Synopsys PrimeSim SPICE utiliza la tecnología GPU de Nvidia para ofrecer las mejoras de rendimiento significativas necesarias para realizar un análisis integral para el diseño analógico y de RF mientras se cumplen los requisitos de precisión de firma.

“A medida que evolucionan las cargas de trabajo informáticas modernas, el tamaño y la complejidad de los diseños analógicos se han movido más allá de la capacidad de los simuladores de circuitos tradicionales”, dijo Edward Lee, vicepresidente de diseño de señales mixtas de Nvidia. "El uso de GPU NVIDIA permite a PrimeSim SPICE acelerar la simulación de circuitos, minimizando notablemente el tiempo de cierre de bloques analógicos de días a horas".

“A medida que la complejidad del diseño aumenta con los nodos de procesos avanzados, estamos comprometidos a apoyar a nuestros clientes mutuos con tecnologías de simulación innovadoras para reducir los ciclos de verificación y análisis”, dijo Jaehong Park, vicepresidente ejecutivo y jefe de desarrollo de la plataforma de diseño de fundición en Samsung Electronics. "Synopsys PrimeSim Continuum con su flujo de trabajo unificado de motores de simulación avanzados entregó una velocidad 10 veces mayor con la precisión de SPICE dorada utilizando aceleración de cómputo heterogénea en nuestro reciente diseño de Ethernet de 56 Gbit, reduciendo los esfuerzos de verificación de días a horas".

Flujo de trabajo unificado para análisis y aprobación

La solución PrimeSim Continuum integra PrimeSim SPICE y PrimeSim Pro con el simulador PrimeSim HSPICE, la referencia de firma estándar de oro para la base de IP e integridad de la señal y el simulador PrimeSim XA, la tecnología FastSPICE para SRAM y verificación de señal mixta. PrimeWave ofrece una experiencia perfecta al proporcionar un entorno coherente y flexible en todos los motores PrimeSim Continuum que optimizan la configuración, el análisis y el posprocesamiento del diseño.