先来做一道选择题:Cadence是一家( )公司?

 

A、EDA公司  B、软件公司 C、半导体公司 D、IP公司 E、IC设计技术提供商

 

以上答案都对。不过,今年开始,还要加上一个选项:系统分析软件提供商。

 

上述标签中,Cadence最广为人知的当属EDA工具提供商的身份。EDA三巨头,共同占据了全球过半市场份额。有人说,EDA技术门槛很高,是个易守难攻的好生意,因为它作为电子产业最上游、最高端的产业,驱动着芯片设计、制造、终端应用。以仅为百亿美元规模的EDA市场,支撑起了全球千亿美元级别的半导体市场,以及万亿级别的电子产业。

 

日前,Cadence公司副总裁兼系统仿真事业部总经理Ben Gu在接受与非网采访时表示,尽管EDA市场每年增幅约10%-12%,仍是一个非常稳健的领域。但是在Cadence看来,还有更大的发展空间值得去探寻。

 

进军系统分析新蓝海

 

随着新一代电子产品和系统的发展,更复杂的多物理场工程解决方案成为业界寻求突破的方向,包括IP、半导体元件、IC封装、模块、电路板、复杂机械结构等,需要系统分析能力和集成化设计的结合,来解决内外流场、声学、传热、以及流体-结构的相互作用和优化等关键挑战。也正是这一趋势,推动了Cadence的破圈发展之旅。

 

今年1月,Cadence宣布了一起“反常”收购,通过收购计算流体力学(CFD)公司NUMECA,拓展了多物理场仿真产品在航空航天、汽车、工业和海洋行业的应用,进一步在高保真建模领域满足市场对精确度、可靠性及可预测性的需求。

 

这起收购对Cadence而言可谓意义重大,相当于向业界、向华尔街宣告,在系统分析领域开疆拓土的第一个里程碑。

 

该如何看待Cadence的最新布局以及就此展开的收购动作?Ben Gu表示,其一,随着电子设计的高速发展,很多半导体公司也逐渐向系统厂商发展,许多EDA技术都被用于系统仿真,因此,系统分析——这个与EDA天然接近但又有着更大潜力的市场成为了下一步发展的关键。其二,仅以NUMECA主要面向的计算流体力学领域而言,潜在市场规模约16亿美元,远超出大部分EDA细分市场的规模,未来的发展空间很大。

 

Cadence方面表态,双方对于共同拓展智能系统设计战略的前景感到很兴奋。


已为新方向做足准备

 

根据Cadence过去几个季度的财报来看,2020年,来自于系统分析的增长远远超过EDA,增幅超过30%。

 

“Cadence约两年前开始智能系统的战略布局,在系统创新方向取得的成果,与当时的目标非常吻合”,Ben Gu表示。作为Cadence公司多物理场系统分析业务事业部的负责人,他负责Cadence系统级产品的研发、产品工程和产品验证工作,包括最近收购的NUMECA CFD产品,以及Cadence在两年间推出的Clarity 3D Solver场求解器,Celsius Thermal Solver热求解器,和Cadence老牌的金牌产品Sigrity和Voltus等。这一部门自2019年成立以来,发展迅速,从当时约100多位工程师,已经增长到现在接近500人。

 

除了营收和团队规模上的增长,产品方面最大的增长点,主要来自于Clarity和Sigrity。据Ben Gu介绍,Sigrity是一款有着20多年历史的golden solution,可以追溯到2012年Cadence对Sigrity的收购——这是一家成立于1997年的专注于信号与电源完整性分析的公司。该公司融入Cadence的生态系统后,在过去两三年增速强劲,Sigrity技术也成为了Cadence在系统分析领域的重要根基。

 

另一款增长强劲的多物理场仿真产品Clarity,于2019年推出,目前已收获了接近100家客户。它主要基于Sigrity发展多年的3D-EM引擎,经过大幅度革新,成为Clarity 3D Solver。“随着越来越多的客户向5G、物联网等领域进军,对SI&PI分析的要求也越来越高。在对DDR5/DDR6高速系统进行信号完整性和BAS分析时,要抽取的带宽已经从过去的10G,增至现在的20G-40G,甚至60G,”Ben Gu指出,“当带宽高到一定程度后,和Sigrity 共为twins的3D系统分析工具Clarity可以应对更精确的仿真需求”。

 

此外,在3D IC、半导体先进封装等前沿技术领域,仿真变得越来越关键。来自于Cadence晶圆制造合作伙伴的反馈:第一,3D IC、先进封装领域进行电源分析时,要把整个系统连在一起做仿真,这样给整个计算的复杂度、建模的复杂度,都带来了极大的挑战。第二,一个封装最多可能包括几十个chiplet,热仿真变得非常关键。如何让热量快速散去,又不影响性能,带来的挑战也非常大。“这些技术趋势都需要更先进的仿真工具来提供非常精确的结果”, Ben Gu表示。


如何应对大规模、高速设计背后的系统级仿真挑战?

 

面向下一代高速设计的挑战,来自于5G、汽车、超大规模计算,以及航空和国防领域尖端领域,系统级仿真的规模和扩展性成为主要挑战。如何提升仿真速度、缩短复杂系统分析时间、支持不同分析工作流程间的无缝过渡等,都成为了下一代系统所面临的仿真挑战。

 

Sigrity X将系统分析性能提升10倍且无损精准度

 

Cadence近日推出最新一代Sigrity X信号和电源完整性(SI/PI)解决方案,能够将系统分析加快10倍。按照Ben Gu的说法,Sigrity X是Sigrity系列近十年来取得的最大突破,其意义远不止重新设计的引擎架构和颠覆性的用户界面,它将推进客户“对生产力的理解和SI/PI设计理念的全方位转变”。

 

Sigrity X搭载了全新的用于系统级分析的强大仿真引擎,并创新地采用了大规模分布式架构(massive distributed architecture),取代了此前的一体化架构(monolithic architecture)。相比Sigrity 2019,Sigrity X将仿真速度和设计容量提升了10倍。

 

 

分布式仿真可实现云端大规模复杂分析

 

Ben Gu强调了Sigrity X的“分布式”理念:Cadence对设计数据库进行了大规模的并行化处理,也就是说,可以将一个规模庞大的设计项目分割成很多小的部分,然后让多个计算机对分割出来的子项目进行协同仿真,这样既能够提升性能和容量,又确保仿真精度没有任何损失。

 

特别是对于大型的系统厂商来说,许多工作不仅是性能上的改进,甚至是从“0”到“1”的阶跃:因为PCB板或封装非常大,以往无法用仿真工具去做整个PCB或封装的抽取,因为系统的内存容量不足以支持。通过Sigrity X的分布式运算新架构和代码优化,可以将整个设计分成很多小的部分,原本一个需要1.6T内存才能完成的仿真,现在用4个128G的机器就可以实现。

 

 

分布式计算是计算机技术领域比较常用的技术,已经用于很多领域。Cadence则将其引入信号完整性SI&PI分析、电源完整性分析方面,实现了业界首创。Ben Gu指出,“事实上,大约从2012年开始,Cadence所有工具都向分布式架构迈进,最有代表性的就是电源完整性仿真工具Voltus,那是业界第一款基于大规模分布式运算架构的EDA工具。”

 

高速系统设计越来越复杂,导致传统仿真技术在内存、运行时间等方面遇到挑战,许多客户都希望能有一款既能分析PCB和封装,又不损耗精度的仿真工具。“而随着云计算和IT技术的不断发展,存储价格反超CPU,这也为大规模分布式运算的部署提供了思路,即使用更多规模更小、价格更便宜的CPU,而不是使用更昂贵的存储产品来解决问题。”Ben Gu说。

 

下一步,Sigrity X将会搬上云端,这样,用户就无需在客户端安装任何软件,只需在PC或iPad上登录相关网页即可完成所有仿真内容,还可同时实现多部门之间的远程协作。据Ben Gu透露,一些系统厂商目前已表现出了强烈的兴趣,并提交了试用申请,这可能会引领计算软件上云的潮流。

 

 

平台工具实现紧密集成

 

最新Sigrity X可以与Clarity 3D Solver场求解器同步运行,并与Cadence Allegro PCB Designer设计工具和Allegro Package Designer Plus封装设计工具紧密集成。这一全新特性可以帮助PCB和IC封装设计师将端到端、多重结构和多母版系统(发射机到接收器或电源到功率耗散器)结合,确保SI/PI成功签核。通过将系统仿真与设计环境无缝结合,保证设计工程师工作环境的一体化,提升工作效率。

 

系统创新的方向和底气

 

Ben Gu表示,“系统分析方面,包括仿真、分析、设计平台、PLM、design database等,都是我们想涉足的领域。而更大的构想,还包括帮助用户利用AI、ML,对数据进行分析、进一步提高生产力等,这将会在未来几年内逐步布局。”

 

在Cadence的多物理场系统分析产品的战略路线图中,目前已包括几大关键领域:电仿真方面有Voltus、ESD两款产品;电磁仿真方面包括Clarity、Sigrity X;热仿真方面有Celsius;CFD流体动力方面主要是Numeca产品。下一步,Cadence还将通过收购与产品研发整合进入更多物理场仿真领域。

 

 

“虽然EDA解决的主要是电的问题,系统方面需要解决电磁、光电、力、热等多物理问题,但是这些问题在进行数学抽象化之后,要解决的问题基本上是一样的,可以理解为一个非常大的系数矩阵”, Ben Gu说,“这个问题我们已经研究了几十年了,以往的技术积累都适用于这个领域。”

 

此外,EDA领域的客户基础也能提供一定支持。越来越多的半导体客户进行系统设计,越来越多的系统厂商开始芯片设计,合作的交织点将在产业分工的交融中逐渐增多。

 

向系统分析这一新领域进军,Cadence显得底气十足。