導語
Cadence Sigrity X 是 Sigrity 產品系列近十年來取得的最大突破，其意義遠不止重新設計的引擎架構和顛覆性的使用者介面，它將推進客戶「對生產力的理解和 SI / PI 設計理念的全方位轉變。」
近日 EETimes ASPENCORE 中國區首席分析師邵樂峰特邀採訪了 Cadence 公司定制化 IC 和 PCB 事業部系統分析副總裁 Ben Gu，雙方進行了深度對談。
為了解決 5G 通信、汽車、超大規模計算，以及航空和國防領域面臨的系統級模擬規模和擴展性挑戰，Cadence 公司日前正式發佈下一代 Sigrity X 信號和電源完整性 (SI/PI) 解決方案。
按照 Cadence 公司定制化 IC 和 PCB 事業部系統分析副總裁 Ben Gu 的說法，Sigrity X 是 Sigrity 產品系列近十年來取得的最大突破，其意義遠不止重新設計的引擎架構和顛覆性的使用者介面，它將推進客戶「對生產力的理解和 SI / PI 設計理念的全方位轉變。」
簡單回顧一下 Sigrity 的發展歷程
1997 年，時任紐約州立大學教授的方家元博士創建了專注於信號與電源完整性分析的 Sigrity 公司，直至 2012 年 7 月，被 Cadence 宣佈以 8000 萬美元的價格完成收購。
2019 年，隨著 Cadence 宣佈從傳統 EDA 公司向系統級公司轉型，Sigrity 家族也迎來了兩位新成員：3D 電磁模擬工具 Clarity 3D Solver 和 熱模擬工具 Celsius Thermal Solver。進入 2021 年後，看到越來越多的客戶開始向高速設計邁進，Cadence 認為有必要適時推出一款具備更高性能、更大容量和同等可信精度的 Sigrity 產品，於是 Sigrity X 應運而生。
Sigrity 的獨特價值在於能夠針對系統、印刷電路板和 IC 封裝 設計提供豐富的信號與電源完整性分析功能，旗下四條產品線：電源完整性、SerDes / DDR 信號完整性、互連抽取 (Interconnect Extraction) 和 IBIS 建模，能夠與 Cadence Allegro 和 OrCAD 設計工具形成強強組合，提供全面的前端到後端的綜合流程。目前，Sigrity 已經成為信號/電源完整性分析 (SI & PI analysis) 領域黃金標準解決方案。
重新定義 SI / PI
Sigrity X 搭載了全新的用於系統級分析的強大模擬引擎，並採用旗艦 Cadence Clarity 3D Solver 場求解器創新的大規模分散式架構 (Massive distributed architecture) ，取代了此前的一體化架構 (Monolithic architecture) ，一舉將模擬速度和設計容量 提升了 10 倍，在此基礎上，Sigrity X 還提供全新的用戶體驗，支援不同分析工作流程間的無縫過渡，進一步縮短複雜系統級 SI / PI 分析的設置時間。
相比 Sigrity 2019，Sigrity X 將模擬速度和設計容量提升了 10 倍
「很多人問我 Sigrity X 中的 X 代表什麼意思？顯而易見，X 代表羅馬數字 10，正好與 Sigrity 10 倍的性能提升相契合。當然，也有人說 X 像一雙翅膀，是給 Sigrity 加上了一雙騰飛的翅膀。」Ben Gu 說，「這得益於 Cadence 對設計資料庫進行了大規模的平行化處理。簡單而言，就是將一個規模龐大的設計專案分割成很多小的部分，然後讓多個電腦對分割出來的這些子專案進行協同模擬，這樣做既能夠提升性能和容量，又確保模擬精度沒有任何損失，這與業界其他工具所宣稱的 『分散式』 理念有著本質的不同。」
Sigrity X 模擬精度沒有任何損失
他對《電子工程專輯》表示，之所以要將模擬速度和設計容量提升 10 倍，且保持精度不變，源於 Cadence 觀察到目前 5G 部署越來越普及，高速系統設計越來越複雜，導致傳統模擬在記憶體、執行時間等方面遭遇到前所未有的挑戰，相當多的客戶非常希望能有一款既能夠分析 PCB 和封裝，又不損耗精度的模擬工具。
另一方面，隨著雲計算和 IT 技術的不斷發展，存儲價格反而開始反超 CPU，這為大規模分散式運算的部署提供了思路——即可以用更多、規模更小、價格更便宜的 CPU，而不是使用更昂貴的存儲產品來解決問題。
在他列舉的一個實際案例中，透過使用 Sigrity X，一家客戶原本需要 1.6T 記憶體才能模擬出來的問題，最終只用了 4 個 128G 的機器就實現了。這對大型系統廠商而言，無疑是「0」和「1」的區別，正是因為有了創新的分散式運算新架構和代碼優化，才使得很多此前無法實現的模擬現在都得以實現。
平行化處理將不可能完成的模擬變為可能
分散式運算無論從概念到應用都並非是最新提出的。但 Ben Gu 指出，這一理念被用於信號和電源完整性分析領域尚屬首次，而且從 2012 年開始，Cadence 幾乎所有的工具都開始向著分散式架構邁進，最具代表性的就是電源完整性模擬工具 Voltus，這是業界第一款大規模分散式的運算工具。進入 2019 年，分散式運算架構技術進一步上升至系統層面，從 Clarity、Celsius 到 Sigrity，都基於這一設計理念。
新一代 Sigrity 可以與 Clarity 3D Solver 場求解器同步運行，並與 Cadence Allegro PCB Designer 設計工具和 Allegro Package Designer Plus 封裝設計工具緊密整合。這一全新特性可以幫助 PCB 和 IC 封裝設計師將端到端、多重結構和多重母片系統 (發射機到接收器或電源到功率耗散器) 結合，確保 SI / PI 成功簽核。此外，Sigrity X 與 Cadence Virtuoso 工具也有整合，用戶不必再單獨打開其它工具就能夠直接進行 In-design 分析，從而實現更快的反覆運算。
此外，為了更便於設計者使用，Sigrity X 對 GUI 中一些傳統圖示的樣貌進行了修改，使之更接近於當前比較流行的設計風格；設計風格也做出了較大調整，更貼近於 Windows 10 的 GUI 設計風格；為新手工程師準備了很多「工作流程 (Work Flow)」，只需點擊一次按鍵就能完成相關作業。
Ben Gu 借用了「新瓶裝老酒」的說法來解釋 Sigrity 與 Clarity 之間的關係。所謂的「老酒」，指的是儘管把 Clarity 所有的技術都移植到了 Sigrity 中，但 Sigrity 的核心演算法沒有被改動。尤其是考慮到 Sigrity 已經成為「黃金工具」，被上千家客戶用來做設計簽收，所以更不能對模擬結果有任何隨意的改動。而「新瓶」，則意指透過大規模分散式運算技術來改變 Sigrity 的整個軟體構架，從而在性能和容量方面獲得大幅提升。
「在對 DDR5 / DDR6 這樣的高速系統進行信號完整性和 BAS 分析的時候，要抽取的頻寬已經從過去的 10G 猛增至現在的 40-60G。可以這樣說，在頻寬高到一定程度之後，整個 Sigrity 可能都不再是一個適合的工具了，客戶需要考慮使用 Clarity 去做更精確的模擬簽收。」他說。
進軍系統模擬領域
不過，Sigrity X 的推出，只能算是產品線的劃時代「演進」，而更具「革命性」意義的事件，則是 Cadence 宣佈進軍包括流體力學分析 (CFD) 在內的系統模擬領域。
「EDA 市場每年的增幅大約是 10%-12%，很穩健，也很健康，但我們覺得可以做得更好。因為很多 EDA 領域的知識可以用在系統模擬領域，這也是跟 EDA 最接近的一個領域，Cadence 內部將其稱之為「系統創新 (System innovation)」，包括 Simulation analysis、PLM、Design database 等等，都是我們想涉足的領域。」 Ben Gu 說，「2020 年，Cadence 系統模擬部門取得了超過 30% 的業績增長，但公司其實還有更大的構想，例如希望幫助用戶利用 AI 和 ML 技術實現 Design construction，對資料進行分析進一步提高生產力等，會在未來幾年內逐步加以佈局。」
在這樣的背景下，2019 年，Cadence 以 Sigrity 為基礎成立了系統 (多物理場) 模擬事業部，並將 Clarity 3D-EM 引擎抽取出來進行大幅度革新，推出了 Clarity 3D Solver。同時推出的還有基於 Sigrity 中的熱模擬工具 PowerDC 創新而來的 Celsius Thermal Solver 熱模擬求解器。
幾個月前，Cadence 做出了一個更大的挑戰，宣佈收購在汽車發動機、航空發動機分析領域頂尖的流體力學公司 NUMECA。 Ben Gu 表示，流體力學模擬領域市值約為 16 億美元，遠大於 EDA 關注的很多細分市場，公司上下對有機會進入這樣一個全新的領域而感到相當興奮。
下圖顯示了 Cadence 多物理場模擬事業部目前擁有的產品類型，包括用於電場模擬分析的 Voltus / ESD 兩款產品、電磁場領域的 Sigrity X / Clarity、熱模擬工具 Celsius、流體力學分析工具 Numeca，今後幾年內，該事業部還將涉足更多領域，並同時積極地尋求收購機會。
Cadence 多物理場模擬事業部目前擁有的產品類型
Ben Gu 認為， 儘管剛剛涉足系統模擬領域， EDA 技術和系統模擬需要解決電磁、光、力、熱等多物理問題看起來也不一樣， 但這些問題在經過數學抽象化之後，其本質就會變成非常巨大的係數矩陣， 從而趨於一致，這就為把此前在電路模擬、電磁場模擬領域積累的技術應用於系統模擬領域奠定了基礎。 同時，強大的客戶支援和出色的人才儲備，也為公司注入了競爭的底氣。
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