Synopsys s'attaque aux circuits intégrés hyperconvergents avec un flux de simulation de circuit unifié

La conception des puces devenant de plus en plus complexe avec de multiples composants et technologies réunis dans des circuits intégrés hyperconvergents (CI), une approche système unique pour analyser le système serait un moyen logique de simplifier la complexité. Synopsys résout ce problème avec un flux de travail de simulation de circuit unifié, PrimeSim Continuum, pour gérer à la fois la complexité et l'échelle des puces d'architecture hétérogène d'aujourd'hui pour la mémoire, l'intelligence artificielle (IA), les applications automobiles et 5G.

Lancé lors de la conférence internationale des utilisateurs SNUG World, PrimeSim Continuum est une solution tout-en-un composée de moteurs de simulation comprenant PrimeSim SPICE, PrimeSim Pro, PrimeSim HSPICE et PrimeSim XA. Cet environnement de conception offre une expérience de simulation transparente autour de tous les moteurs PrimeSim avec une analyse complète, une productivité améliorée et une facilité d'utilisation. Il constitue la base de la plate-forme de conception personnalisée Synopsys.

Les systèmes hyperconvergents sur puce (SoC) actuels sont constitués de composants disparates intégrés sur la même puce ou le même boîtier. Ceux-ci peuvent inclure des mémoires embarquées plus grandes et plus rapides, des périphériques frontaux analogiques et des circuits d'E/S complexes qui communiquent à des débits de données de 100 Gb+ avec la pile DRAM connectée sur le même morceau de silicium dans une conception de système en boîtier. Cet ensemble diversifié de composants de signaux analogiques, numériques et mixtes, certains construits sur différents nœuds de processus, et éventuellement également intégrés verticalement à l'aide d'architectures 2.5D ou 3D, présente encore plus de complexité.

Ces défis associés à la vérification de ces conceptions complexes évoluent à mesure que les nœuds de processus de technologie avancée présentent des parasites accrus, une variabilité de processus et des marges réduites. Cela se traduit par plus de simulations avec des durées d'exécution plus longues et une plus grande précision, ce qui a un impact sur le temps global d'obtention des résultats, la qualité des résultats et le coût des résultats.

S'adressant à Embedded.com, Hany Elhak, directeur de groupe de la gestion des produits chez Synopsys, a déclaré :« Pour résoudre ce problème, vous avez besoin d'un système de moteurs de simulation avec un flux de travail unifié. Il n'existe actuellement aucun simulateur SPICE capable de tout gérer. Il a déclaré qu'il est nécessaire de gérer à la fois la complexité systémique et la complexité d'échelle des conceptions de circuits intégrés.

C'est ce à quoi PrimeSim Continuum est censé s'attaquer. Il aborde la complexité systémique de ces conceptions hyper-convergentes avec un flux de travail unifié de moteurs de simulation de qualité d'approbation réglés pour des conceptions de mémoire numérique analogique, à signaux mixtes, RF et personnalisées. PrimeSim Continuum utilise les architectures SPICE et FastSPICE de nouvelle génération et l'informatique hétérogène pour optimiser l'utilisation des ressources CPU et GPU et améliorer le délai d'obtention des résultats et le coût des résultats.

À titre d'exemple des besoins de simulation de circuits de conceptions complexes, considérons l'émergence d'une mémoire à large bande passante (HBM) constituée d'une grande DRAM empilée 3D intégrée au SoC sur un 3DIC ou dans un SiP. Le HBM, qui fournit une interface mémoire haute vitesse pour la DRAM synchrone empilée 3D (SDRAM), est utilisé avec des accélérateurs graphiques hautes performances, des ASIC AI et des FPGA dans des centres de données et des périphériques réseau hautes performances. Dans ces puces mémoire, plusieurs matrices DRAM sont empilées verticalement avec un contrôleur de mémoire, toutes interconnectées par des vias traversants en silicium (TSV) et des microbosses sur un interposeur en silicium.

Les concepteurs doivent vérifier l'intégralité du sous-système de mémoire présent dans un SiP, ce qui signifie effectuer une analyse multidimensionnelle complexe au niveau des composants et des sous-systèmes. Il existe des contraintes difficiles et plus strictes avec de nouvelles complexités qui doivent être abordées pour atteindre les objectifs de puissance et de performance. Les outils de simulation de circuits doivent pouvoir prendre en charge :

• Analyse de plusieurs technologies et de plusieurs composants (logique, analogique, mémoire, E/S)
• Différents types d'analyses (analogique, numérique, mixte)
• Grandes capacités pour l'analyse au niveau des sous-systèmes et des puces
• Analyses avancées de fiabilité (électrique, thermique, électrothermique, temporelle)
• Intégrité du signal
• Analyse de variabilité (processus, structure)

De plus, à mesure que ces conceptions évoluent vers des nœuds technologiques avancés, il y a une augmentation substantielle des simulations pour garantir que la conception sera fiable et répondra aux objectifs de rendement. Les défis incluent la mesure de l'intégrité du signal, par exemple, qui devra être analysée via l'interposeur. Des problèmes tels que le stress électrothermique et les parasites plus importants doivent être résolus pour favoriser la fiabilité des puces requise par la fabrication à grande échelle.

Du point de vue de l'activation de la conception, cela représente un défi multidimensionnel qui nécessite des flux de travail optimisés pour la puissance, les performances, la surface (PPA) et la convergence des coûts.

Sassine Ghazi, directeur de l'exploitation de Synopsys, a déclaré :« PrimeSim Continuum représente une percée révolutionnaire dans l'innovation en matière de simulation de circuits avec une accélération de calcul hétérogène sur GPU/CPU, établissant une nouvelle barre pour les solutions EDA. Nos clients dans tous les segments de conception peuvent désormais bénéficier d'années d'investissement en R&D, d'innovation et de collaboration client avec les technologies de nouvelle génération PrimeSim Continuum qui complètent notre plate-forme de conception personnalisée moderne et Verification Continuum. »

Elhak a déclaré que Kioxia est un exemple de client à accès anticipé qui utilise tous les aspects de la nouvelle solution, la mémoire flash étant un système très complexe. Les conceptions de mémoire Kioxia intègrent des systèmes complexes constitués de mémoire, de blocs analogiques, à signaux mixtes et numériques personnalisés qui nécessitent différentes technologies de conception et d'approbation.

Shigeo (Jeff) Ohshima, responsable technologique pour l'ingénierie des applications SSD chez Kioxia, a déclaré :« Un flux de travail convergent autour d'une solution de simulation de circuit commune est nécessaire pour atteindre nos objectifs de délai d'obtention des résultats et de coût des résultats. PrimeSim Continuums de Synopsys est une solution tout-en-un qui intègre les meilleures technologies SPICE et FastSPICE offrant précision, vitesse et capacité pour nos conceptions complexes. L'environnement de conception PrimeWave fournit un flux de travail commun à toutes les disciplines de simulation permettant l'approbation des conceptions de mémoire de Kioxia. Une collaboration efficace et l'accès aux technologies de nouvelle génération sont fondamentaux pour notre partenariat avec Synopsys. »

PrimeSim Pro pour l'accélération des performances

Le simulateur Synopsys PrimeSim Pro, qui fait partie de PrimeSim Continuum, représente une architecture FastSPICE de nouvelle génération pour une analyse rapide et haute capacité des conceptions modernes de mémoire DRAM et Flash.

La mise à l'échelle continue de la technologie et les innovations autour de l'architecture DRAM ont abouti à des conceptions de mémoire plus grandes et plus complexes nécessitant des performances et une capacité de simulation plus élevées. Selon Jung Yun Choi, vice-président de l'équipe de technologie de conception de mémoire chez Samsung Electronics, a déclaré : « Synopsys PrimeSim Pro, la prochaine génération de notre plan de simulateur FastSPICE record, peut fournir une accélération des performances jusqu'à 5 fois sur nos conceptions de réseau de distribution d'énergie à puce complète. L'architecture de nouvelle génération de PrimeSim Pro peut suivre le rythme des besoins en capacité de nos conceptions de mémoire avancées et nous permettre d'atteindre nos objectifs ambitieux de délai d'obtention des résultats. »

Nvidia le partenaire et client

L'architecture de nouvelle génération du simulateur Synopsys PrimeSim SPICE utilise la technologie GPU de Nvidia pour offrir des améliorations de performances significatives nécessaires pour effectuer une analyse complète pour la conception analogique et RF tout en répondant aux exigences de précision d'approbation.

« À mesure que les charges de travail de calcul modernes évoluent, la taille et la complexité des conceptions analogiques ont dépassé la capacité des simulateurs de circuits traditionnels », a déclaré Edward Lee, vice-président de la conception de signaux mixtes chez Nvidia. "L'utilisation des GPU NVIDIA permet à PrimeSim SPICE d'accélérer la simulation de circuit, en minimisant notamment le temps d'approbation des blocs analogiques de quelques jours à quelques heures."

« Alors que la complexité de la conception augmente avec les nœuds de processus avancés, nous nous engageons à soutenir nos clients communs avec des technologies de simulation innovantes pour réduire les cycles de vérification et d'analyse », a déclaré Jaehong Park, vice-président exécutif et responsable du développement de la plate-forme de conception de fonderie chez Samsung Electronics. "Synopsys PrimeSim Continuum avec son flux de travail unifié de moteurs de simulation avancés a fourni une vitesse 10 fois supérieure avec une précision SPICE en or en utilisant une accélération de calcul hétérogène sur notre récente conception Ethernet 56 Gbit, réduisant les efforts de vérification de quelques jours à quelques heures."

Flux de travail unifié pour l'analyse et l'approbation

La solution PrimeSim Continuum intègre PrimeSim SPICE et PrimeSim Pro avec le simulateur PrimeSim HSPICE, la référence d'approbation de référence pour l'intégrité du signal et IP de base et le simulateur PrimeSim XA, la technologie FastSPICE pour la SRAM et la vérification des signaux mixtes. PrimeWave offre une expérience transparente en fournissant un environnement cohérent et flexible sur tous les moteurs PrimeSim Continuum optimisant la configuration, l'analyse et le post-traitement de la conception.