在電路設計領域，為了追求極致性能并確保產品能以最快速度成功推向市場（TTM，Time to Market），工程師們常常面臨著各種極具挑戰性的難題。華大九天推出的大規模高精度模擬仿真器Empyrean ALPS，憑借其卓越的Snapshot功能，突破了傳統仿真的局限，宛如黑暗中的一盞明燈，為加速芯片設計帶來了全新的解決方案。

芯片設計中的常見挑戰

1電壓電流保存不足的困擾

一開始覺得芯片能正常工作，仿真后發現波形異常，然而卻沒有保存相應的電壓電流？

當集成電路（IC）運行了一段時間后，若運行狀況出現異常，此時需要保存更多的電壓電流數據來進行故障排查（debug）工作。然而重新啟動仿真速度慢效率低，且傳統的功能也無法派上用場：這是因為要保存細查（probe）的電壓電流和之前不同；這一差異會導致傳統的模擬求解器無法正常工作，最終工程師只能無奈地選擇重新跑仿真。如果能有辦法讓仿真具有從某個關心的仿真點繼續跑仿真，同時可以更改保存的電壓、電流信息就好了！

2不收斂問題與精度問題和仿真配置的博弈

遇到不收斂問題，是否可以從某個時間點修改仿真設置，例如設置新的method？精度Liberal寬松提速后發現的問題，到底是精度問題，還是芯片內部藏有bug？

大規模電路仿真遇到不收斂問題，通常需要嘗試很多不同的方法來解決。其中就涉及到可能更換新的仿真設置method，例如從trap變成gear等，是否具有不再重新kick-off仿真的快速驗證仿真收斂問題的方法呢？

為了提升仿真效率，工程師可能會將整體仿真精度設置為較為寬松的“Liberal”模式。然而，當模擬/數模芯片經過長時間仿真后，工程師們發現某些模塊之間的協同工作存在問題，此時難以判斷是仿真精度不足導致的誤差，還是芯片設計本身存在bug。如果選擇重新從零時刻開始仿真，則需要重復上電等耗時步驟，以致浪費大量時間，效率低下。是否可以從某個波形不太友好的時間節點、開啟（turn on）了相應的模塊之后，把精度設置到conservative呢？

3面積與性能trade-off時電路反復調試的繁瑣

使得模擬電路擁有極致的面積與性能平衡，是每一位工程師的不懈追求；為此，電路被反復迭代優化，在“設計－仿真－改電路－重新仿真”之間循環往返。

一個模塊（block）在壓榨面積的同時，單個模塊的驅動能力尚可。但當多個block協同工作或者進行頂層（Top）仿真時，負載（loading）走線過長，導致驅動能力（Buffer）不足。工程師只能修改設計，在電路圖中額外添加buffer來增強驅動能力。此外，上級模塊的噪聲會干擾子系統（sub-system）的指標，這就需要修改電路，并且針對修改部分重點進行仿真驗證。要是在0時刻到300us內的仿真行為沒有改變，能復用之前的仿真結果就好了。

4后仿真版圖微調的尷尬

流片前夕，后仿真發現版圖寄生效應還是影響到一些性能，很快改了版圖，然而電路后仿真如果重新開始，實在是太慢了...

在后仿真階段，工程師提交仿真任務后，次日甚至更久后檢查結果發現異常，發現是版圖的寄生效應對芯片性能產生了影響。于是版圖工程師迅速對幾條關鍵信號線的版圖進行了微調，不到一小時便高效完成。但新的難題接踵而至：盡管版圖調整已完成，可后仿真網表有了細微變化。要是后仿真從頭開始運行，至少將耗費數小時。而實際上，后仿真任務的前半部分毫無變動，真正需要驗證的只是調整后的部分。此時若能復用之前的仿真結果，僅對調整部分重新仿真無疑會大幅節省時間，提升效率。

ALPS模擬仿真器的Snapshot功能

面對上述重重挑戰，華大九天的旗艦產品—大規模高精度模擬仿真器Empyrean ALPS的Snapshot功能完美地破解了這些棘手難題。該功能賦予工程師極大的便利，他們能夠在指定時間點重新開啟仿真進程，而無需再從初始狀態開始漫長等待。更為關鍵的是，這種斷點繼續仿真的功能還能適用于在仿真過程中改變保存的電流電壓信號，適應新的微調過版圖的后仿真，甚至是增加了buffer等電路微調之后的仿真場景，并能支持后仿真對前仿真結果reuse等功能。

1Snapshot功能的配置說明

Save仿真時間的配置有以下幾種（見圖1）：

1save clock：單位為小時，作為仿真本身所使用的CPU/GPU的物理時間；例如每間隔0.5小時、1小時等，保存信息到auto.asf中（見圖2）。

2save period：為tran仿真間隔保存的時間/周期；例如，tran仿真每間隔設定為2us時候，則仿真在2us、4us、6us、8us等仿真時間完成后均保存信息到auto.asf中，且更新到最新的“偶數”us的仿真時間。

3當save clock和save period都設置的時候，auto.asf僅保存最后一次，從而減少對仿真空間的占用且同時得到了最新的仿真結果。

4save time：可以填寫任意希望保存的文件，只要寫了這些仿真時間點，系統就能生成對應的Snapshot 文件，從而讓用戶能夠更加精準地選擇從某個特定的仿真時間節點開始繼續運行仿真。例如，當填寫了1us、5us、13us幾個仿真時間節點，就會產生圖2中相應的1e-06.asf、 5e-06.asf 和1.3e-05.asf文件。

圖1. Aether仿真平臺的設置

圖2. 仿真保存的asf文件示例

設置好這些配置后，再次跑仿真時，只需寫明“recover path”并標注好文件即可。例如選擇auto.asf文件，就可以以save clock獲取的最新物理仿真時間（如2小時）或者save period得到的最新tran 仿真時間（如16us）作為斷點續存內容。按照save time配置，可在1e-06.asf、5e-06.asf 和1.3e-05.asf等文件中自由選擇希望recover的asf文件。

2Snapshot功能的波形查看

當兩次仿真都完成之后，采用華大九天模擬電路設計全流程EDA工具系統的iWave波形顯示工具，可以將兩次仿真波形進行融合（merge），輕松合并兩次仿真結果。

1打開iWave工具--> Tools ---> Files Merge，將兩次仿真波形添加（Add）進來

2Merge過程中的重疊部分（例如圖3中紫色矩形框中的波形），有選項（option）配置，可以自由選擇上一次的仿真結果，也可以選擇當前第二次的仿真結果，從而形成merge之后的、具有完整時間坐標的波形。

圖3. iWave 合并（merge）兩次仿真結果

顯著成效：選擇ALPS

就是選擇了更高效、更精準的芯片設計之路

ALPS的Snapshot功能為芯片設計帶來了諸多顯著優勢。它極大地加速了芯片的debug過程，顯著提升了設計與仿真的快速迭代效能，助力工程師們更迅速地鎖定問題根源，并能針對待解決問題/改動，開展“快速”且“精準”的仿真驗證。

1快速定位設計異常，避免重復仿真

某資深工程師在進行環路反饋仿真時，發現功能波形異常。此時仿真已持續4-5小時，若按傳統流程需重新啟動仿真并保存所有節點數據，耗時極長。解決方案：

啟用Snapshot功能，僅保存關鍵節點電壓/電流（初始仿真速度提升2~3倍以上）；

發現異常后，從問題時間點加載快照，擴展保存更多節點數據重新運行；

通過新增的波形快速定位異常信號，直接指導電路修改，省去傳統流程的重復等待。

2流片前版圖微調的高效驗證

某知名IC公司在芯片趕流片前的關鍵時刻，借助版圖寄生參數分析工具Empyrean ADA，發現某個敏感信號受干擾較嚴重，需要對功能電路中部分版圖做微調。此時原仿真已運行10小時，若重新驗證需重復等待。解決方案：

基于Snapshot保存的仿真狀態，僅針對修改部分進行增量仿真；

20分鐘內完成版圖微調的后仿真驗證，結果符合預期；

相比傳統全流程重啟，節省10小時等待時間，效率提升顯著。

3復雜PVT/蒙特卡洛仿真的智能加速

部分資深工程師通過Snapshot實現仿真策略的層級化：

初始階段：在典型工藝角（TYP）下運行仿真，保存電路穩定狀態快照；

擴展階段：以快照為起點，快速加載至PVT（工藝-電壓-溫度）或蒙特卡洛仿真中；

結果優化：結合對PVT趨勢的預判，加之對電路的理解，懂得如何取舍、選擇性分析關鍵波形，避免余數據存儲，形成快速迭代。

效益：

單次仿真節省2小時，100個蒙特卡洛案例共減少200小時物理仿真時間；

形成“仿真-分析-迭代”的閉環，大幅縮短設計周期。

ALPS的Snapshot功能，通過 “按需保存-增量仿真” 的機制，解決了傳統流程中 “全數據存儲拖慢速度” 與 “異常修復成本高昂” 等棘手問題，讓工程師們能夠更加高效地進行仿真和調試工作，為芯片按時流片以及產品成功推向市場（TTM）提供有力保障。選擇ALPS，就是選擇了一條更高效、更精準智能化的芯片設計之路。

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、銷售及相關服務業務，致力于成為全流程、全領域、全球領先的EDA提供商。

華大九天主要產品包括全定制設計平臺EDA工具系統、數字電路設計EDA工具、晶圓制造EDA工具和先進封裝設計EDA工具等軟件及相關技術服務。其中，全定制設計平臺EDA工具系統包括模擬電路設計全流程EDA工具系統、存儲電路設計全流程EDA工具系統、射頻電路設計全流程EDA工具系統和平板顯示電路設計全流程EDA工具系統；技術服務主要包括基礎 IP、晶圓制造工程服務及其他相關服務。產品和服務主要應用于集成電路設計、制造及封裝領域。

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