先來做一道選擇題:Cadence是一家( )公司?

 

A、EDA公司  B、軟件公司 C、半導體公司 D、IP公司 E、IC設計技術提供商

 

以上答案都對。不過,今年開始,還要加上一個選項:系統分析軟件提供商。

 

上述標簽中,CadenceZ廣為人知的當屬EDA工具提供商的身份。EDA三巨頭,共同占據了全球過半市場份額。有人說,EDA技術門檻很高,是個易守難攻的好生意,因為它作為電子產業Z上游、Z高端的產業,驅動著芯片設計、制造、終端應用。以僅為百億美元規模的EDA市場,支撐起了全球千億美元級別的半導體市場,以及萬億級別的電子產業。

 

日前,Cadence公司副總裁兼系統仿真事業部總經理Ben Gu在接受與非網采訪時表示,盡管EDA市場每年增幅約10%-12%,仍是一個非常穩健的領域。但是在Cadence看來,還有更大的發展空間值得去探尋。

 

進軍系統分析新藍海

 

隨著新一代電子產品和系統的發展,更復雜的多物理場工程解決方案成為業界尋求突破的方向,包括IP、半導體元件、IC封裝、模塊、電路板、復雜機械結構等,需要系統分析能力和集成化設計的結合,來解決內外流場、聲學、傳熱、以及流體-結構的相互作用和優化等關鍵挑戰。也正是這一趨勢,推動了Cadence的破圈發展之旅。

 

今年1月,Cadence宣布了一起“反常”收購,通過收購計算流體力學(CFD)公司NUMECA,拓展了多物理場仿真產品在航空航天、汽車、工業和海洋行業的應用,進一步在高保真建模領域滿足市場對精確度、可靠性及可預測性的需求。

 

這起收購對Cadence而言可謂意義重大,相當于向業界、向華爾街宣告,在系統分析領域開疆拓土的第一個里程碑。

 

該如何看待Cadence的Z新布局以及就此展開的收購動作?Ben Gu表示,其一,隨著電子設計的高速發展,很多半導體公司也逐漸向系統廠商發展,許多EDA技術都被用于系統仿真,因此,系統分析——這個與EDA天然接近但又有著更大潛力的市場成為了下一步發展的關鍵。其二,僅以NUMECA主要面向的計算流體力學領域而言,潛在市場規模約16億美元,遠超出大部分EDA細分市場的規模,未來的發展空間很大。

 

Cadence方面表態,雙方對于共同拓展智能系統設計戰略的前景感到很興奮。


已為新方向做足準備

 

根據Cadence過去幾個季度的財報來看,2020年,來自于系統分析的增長遠遠超過EDA,增幅超過30%。

 

“Cadence約兩年前開始智能系統的戰略布局,在系統創新方向取得的成果,與當時的目標非常吻合”,Ben Gu表示。作為Cadence公司多物理場系統分析業務事業部的負責人,他負責Cadence系統級產品的研發、產品工程和產品驗證工作,包括Z近收購的NUMECA CFD產品,以及Cadence在兩年間推出的Clarity 3D Solver場求解器,Celsius Thermal Solver熱求解器,和Cadence老牌的金牌產品Sigrity和Voltus等。這一部門自2019年成立以來,發展迅速,從當時約100多位工程師,已經增長到現在接近500人。

 

除了營收和團隊規模上的增長,產品方面Z大的增長點,主要來自于Clarity和Sigrity。據Ben Gu介紹,Sigrity是一款有著20多年歷史的golden solution,可以追溯到2012年Cadence對Sigrity的收購——這是一家成立于1997年的專注于信號與電源完整性分析的公司。該公司融入Cadence的生態系統后,在過去兩三年增速強勁,Sigrity技術也成為了Cadence在系統分析領域的重要根基。

 

另一款增長強勁的多物理場仿真產品Clarity,于2019年推出,目前已收獲了接近100家客戶。它主要基于Sigrity發展多年的3D-EM引擎,經過大幅度革新,成為Clarity 3D Solver。“隨著越來越多的客戶向5G、物聯網等領域進軍,對SI&PI分析的要求也越來越高。在對DDR5/DDR6高速系統進行信號完整性和BAS分析時,要抽取的帶寬已經從過去的10G,增至現在的20G-40G,甚至60G,”Ben Gu指出,“當帶寬高到一D程度后,和Sigrity 共為twins的3D系統分析工具Clarity可以應對更精確的仿真需求”。

 

此外,在3D IC、半導體先進封裝等前沿技術領域,仿真變得越來越關鍵。來自于Cadence晶圓制造合作伙伴的反饋:第一,3D IC、先進封裝領域進行電源分析時,要把整個系統連在一起做仿真,這樣給整個計算的復雜度、建模的復雜度,都帶來了極大的挑戰。第二,一個封裝Z多可能包括幾十個chiplet,熱仿真變得非常關鍵。如何讓熱量快速散去,又不影響性能,帶來的挑戰也非常大。“這些技術趨勢都需要更先進的仿真工具來提供非常精確的結果”, Ben Gu表示。


如何應對大規模、高速設計背后的系統級仿真挑戰?

 

面向下一代高速設計的挑戰,來自于5G、汽車、超大規模計算,以及航空和國防領域尖端領域,系統級仿真的規模和擴展性成為主要挑戰。如何提升仿真速度、縮短復雜系統分析時間、支持不同分析工作流程間的無縫過渡等,都成為了下一代系統所面臨的仿真挑戰。

 

Sigrity X將系統分析性能提升10倍且無損精準度

 

Cadence近日推出Z新一代Sigrity X信號和電源完整性(SI/PI)解決方案,能夠將系統分析加快10倍。按照Ben Gu的說法,Sigrity X是Sigrity系列近十年來取得的Z大突破,其意義遠不止重新設計的引擎架構和顛覆性的用戶界面,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”。

 

Sigrity X搭載了全新的用于系統級分析的強大仿真引擎,并創新地采用了大規模分布式架構(massive distributed architecture),取代了此前的一體化架構(monolithic architecture)。相比Sigrity 2019,Sigrity X將仿真速度和設計容量提升了10倍。

 

 

分布式仿真可實現云端大規模復雜分析

 

Ben Gu強調了Sigrity X的“分布式”理念:Cadence對設計數據庫進行了大規模的并行化處理,也就是說,可以將一個規模龐大的設計項目分割成很多小的部分,然后讓多個計算機對分割出來的子項目進行協同仿真,這樣既能夠提升性能和容量,又確保仿真精度沒有任何損失。

 

特別是對于大型的系統廠商來說,許多工作不僅是性能上的改進,甚至是從“0”到“1”的階躍:因為PCB板或封裝非常大,以往無法用仿真工具去做整個PCB或封裝的抽取,因為系統的內存容量不足以支持。通過Sigrity X的分布式運算新架構和代碼優化,可以將整個設計分成很多小的部分,原本一個需要1.6T內存才能完成的仿真,現在用4個128G的機器就可以實現。

 

 

分布式計算是計算機技術領域比較常用的技術,已經用于很多領域。Cadence則將其引入信號完整性SI&PI分析、電源完整性分析方面,實現了業界首創。Ben Gu指出,“事實上,大約從2012年開始,Cadence所有工具都向分布式架構邁進,Z有代表性的就是電源完整性仿真工具Voltus,那是業界第一款基于大規模分布式運算架構的EDA工具。”

 

高速系統設計越來越復雜,導致傳統仿真技術在內存、運行時間等方面遇到挑戰,許多客戶都希望能有一款既能分析PCB和封裝,又不損耗精度的仿真工具。“而隨著云計算和IT技術的不斷發展,存儲價格反超CPU,這也為大規模分布式運算的部署提供了思路,即使用更多規模更小、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。”Ben Gu說。

 

下一步,Sigrity X將會搬上云端,這樣,用戶就無需在客戶端安裝任何軟件,只需在PC或iPad上登錄相關網頁即可完成所有仿真內容,還可同時實現多部門之間的遠程協作。據Ben Gu透露,一些系統廠商目前已表現出了強烈的興趣,并提交了試用申請,這可能會引領計算軟件上云的潮流。

 

 

平臺工具實現緊密集成

 

Z新Sigrity X可以與Clarity 3D Solver場求解器同步運行,并與Cadence Allegro PCB Designer設計工具和Allegro Package Designer Plus封裝設計工具緊密集成。這一全新特性可以幫助PCB和IC封裝設計師將端到端、多重結構和多母版系統(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。通過將系統仿真與設計環境無縫結合,保證設計工程師工作環境的一體化,提升工作效率。

 

系統創新的方向和底氣

 

Ben Gu表示,“系統分析方面,包括仿真、分析、設計平臺、PLM、design database等,都是我們想涉足的領域。而更大的構想,還包括幫助用戶利用AI、ML,對數據進行分析、進一步提高生產力等,這將會在未來幾年內逐步布局。”

 

在Cadence的多物理場系統分析產品的戰略路線圖中,目前已包括幾大關鍵領域:電仿真方面有Voltus、ESD兩款產品;電磁仿真方面包括Clarity、Sigrity X;熱仿真方面有Celsius;CFD流體動力方面主要是Numeca產品。下一步,Cadence還將通過收購與產品研發整合進入更多物理場仿真領域。

 

 

“雖然EDA解決的主要是電的問題,系統方面需要解決電磁、光電、力、熱等多物理問題,但是這些問題在進行數學抽象化之后,要解決的問題基本上是一樣的,可以理解為一個非常大的系數矩陣”, Ben Gu說,“這個問題我們已經研究了幾十年了,以往的技術積累都適用于這個領域。”

 

此外,EDA領域的客戶基礎也能提供一D支持。越來越多的半導體客戶進行系統設計,越來越多的系統廠商開始芯片設計,合作的交織點將在產業分工的交融中逐漸增多。

 

向系統分析這一新領域進軍,Cadence顯得底氣十足。