人工智慧革命方興未艾，也在推動我們改變各種產品設計和製造方式，包括數據中心、伺服器和晶片等等。就連我們對晶片的定義也在發生變化，過去的晶片用的是模擬電路集成，而現在的晶片則是將多個裸片或多個晶片進行單個封裝。儘管對這些先進晶片的製造已經有很多討論，但對設計這些晶片的工具的演變卻鮮有提及。在美國舊金山舉行的年度設計自動化大會（DAC）上，電子設計自動化（EDA）領域的領軍企業之一西門子公司將數字雙核多物理場和人工智慧技術引入旗下的 Calibre 和 Solido EDA 工具的工作，這些工具可用於複雜的晶片設計。
西門子是一家擁有 177 年歷史的跨國企業集團，以前專門生產燈泡、電報設備、發電機和電動火車等各種產品。我們先來了解如今的西門子是什麼樣子。現在的西門子從根本上來說是一家技術解決方案公司，主要是將硬體、軟體和行業專業知識結合在一起，為各種應用開發非常複雜的解決方案。西門子成功的關鍵在於通過內部開發和收購在軟體上進行了大量投資。
投資的一個領域是 EDA 工具。西門子 2017 年收購了行業領導者之一的 Mentor Graphics，成為該領域的佼佼者。自這次收購以來，西門子一直在大力投資EDA的研發，並推出了二十多種新的 EDA 工具。但甚至在此之前，西門子已經在收購也仍在持續收購對未來 EDA 工具有價值的資產。西門子和之前的 Mentor Graphics 公司共收購了 100 多家公司，建立了業內首屈一指的 EDA 工具集。據西門子稱，西門子 EDA 是第一個將多物理場仿真和數字孿生整合到 EDA 中的公司。
西門子 EDA 解決方案：從集成電路設計到電子系統（圖：西門子）
Solido 仿真套件
西門子在 DAC年會上首先宣布的是 Solido 設計解決方案系列推出 Solido 仿真套件。據西門子表示，Solido 是首批在 15 年前使用人工智慧的 一款 EDA 工具。Solido 仿真套件的目標是應對在設計混合信號和定製晶片方面的挑戰，或者更具體地說，設計集成電路（IC）的挑戰，集成電路是晶片的核心。西門子所說的「定製集成電路」是指需要在電晶體層面進行開發的需求，而不是僅僅使用常見的門電路或IP模塊設計一個應用特定集成電路（ASIC）或系統晶片（SoC）。
Solido 仿真套件包括三個新的人工智慧加速器工具（Solido SPICE、Solido FastSPICE 和 Solido LibSPICE），三個工具是對現有 AFS、 Eldo SPICE 以及 Symphony 混合信號工具的補充。對於不熟悉 SPICE 這個術語的人來說，SPICE 是英文 Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis（集成電路仿真程序）的縮寫。SPICE 可用於仿真各種電子電路特別是集成電路的行為。仿真有助於通過預測行為達到檢查設計完整性的目的。Solido SPICE 則是針對大型的設計模型，還包括一個可用於確定電路值的新「求解器」以及新的射頻和高速驗證功能。Solido FastSPICE 包括新的分割技術和多解析度技術，可以加快仿真速度。Solido LibSPICE 則是專為批量解決較小的集成電路設計而設計，優化了庫 IP的運行時間。三個新工具都由基於半導體客戶數據的人工智慧模型提供支持。大多數 EDA 工具都是在客戶所在地使用的，但工具經過了優化，可以在 AWS 和 Azure 雲中工作，從而提供了更大的靈活性和更多資源。
西門子新推出的Solido集成電路驗證平台及Solido仿真套件（圖：西門子）
新的 Solido SPICE 的價值在於能夠開發更精確的仿真，包括新集成電路設計的電晶體級別上的細節。除了這種精確度和解析度以外，Solido SPICE 還能以之前仿真速度的 2 至 30 倍完成這些仿真。由於高級仿真通常需要數天時間才能完成，其改進在成本、時間和資源方面具有重大的意義。Solido 仿真套件可與 Solido Design Environment、Solido Characterization Suite 和 Solido IP Validation Suite 等其他 Solido 工具以及 Calibre 等其他西門子 EDA 工具配合使用，形成一個一個緊密整合的 EDA 集成電路解決方案。而且，Solido Sim 也可以與其他供應商的 EDA 工具一起使用。Solido Sim EDA 工具已經通過了英特爾和三星等多家代工廠的認證，確保了其集成電路設計的準確性和可製造性。
Calibre 3DThermal
目前業界大多數高端數據中心處理和加速器解決方案已經轉向使用 2.5D 和 3D 設計晶片，現在從 PC 到工業物聯網應用都在向這類設計過渡，目的是改善密度、差異化和上市時間方面的表現。熱約束通常是這些設計的限制因素。不妨想像一下要將 PC 或伺服器的大部分主要處理元件塞進一個集成電路封裝中。性能、功率和密度的增加使得出現熱設計問題的可能性也增加了。
為了解決三維集成電路設計的挑戰，西門子還推出了 Calibre 設計驗證平台的新功能。西門子增強了 Calibre 的三維集成電路熱分析多物理場仿真功能，填補了三維集成電路設計驗證中的一個空白。Calibre 集成電路驗證套件中可以部署用於電子冷卻仿真軟體的西門子 Flotherm 分析工具，西門子進而在 Calibre 中集成了分析三維集成電路設計中單個裸片和三維特徵的功能，例如用於電源分配和裸片互連的矽通孔 (TSV)。Calibre 是首款多物理場工具，設計人員可以通過熱分析對早期設計選擇進行分析，並提供最終的可輸入電遷移和電壓 (EM/IR) 工具的熱驗證。此外，Calibre 3DThermal 還內嵌了 Simcenter Flowterm 求解器，可以向Simcenter Flowterm提供數據，進而進行更精確的電路板和系統級分析。
Calibre 3D 熱分析（圖：西門子）
Calibre 3DThermal 可提供精確到電晶體級的彩色圖和溫度注釋，可用於分析電晶體何時超出與整個晶片和 3D IC 設計相關的熱規範。Calibre 3DThermal 的另一個優點本身是基於「左移」原則，這意味著 Calibre 3DThermal 可以在整個設計過程中使用，從最初的設計規格到最終的設計都可以使用。這樣就可以進行連續分析和疊代。Calibre 3DThermal 與 Solido 模擬器一樣可以在企業內部或雲端運行。Calibre 3DThermal 提供的資訊還可以與 MCAD 一起對封裝設計進行協同設計和協同優化。
Calibre 3DThermal 能夠提供晶片熱分析不僅可以改進晶片和封裝設計，還可以改進印刷電路板（PCB）、冷卻解決方案、系統配置和最終產品設計。Calibre 3DThermal 與其他 Calibre 工具一樣可以與 Calibre 內部的工具、其他西門子 EDA 工具以及其他 EDA 供應商的工具配合使用。據西門子及其客戶稱，Calibre 3DThermal 在分析和調試設計方面精確且易於使用。
複雜的價值鏈
人工智慧和其他應用對系統和晶片性能需求在不斷提高，設計下一代集成電路和電子系統的工具也在不斷變化。西門子持續開發新的 EDA 技術和工具，去滿足這些需求，新的 EDA 技術和工具涵蓋了集成電路的整個生命周期，從概念、驗證甚至集成到各種更複雜的系統。隨著人工智慧和數字孿生多物理場仿真技術的應用，集成電路設計的集成度和複雜性在不斷改進和提高。今天能夠實現的技術已經令人驚嘆，但我們仍然不禁要問，在集成電路集成度超越目前極限之後，未來的十年我們將實現什麼樣的技術呢。
