Spectre Tech Tips: Spectre X の大容量回路シミュレーション

私は、特に EMIR 解析などでは、Spectre X を使用して非常に大規模なデザインをシミュレートするのに慣れています。通常、これらのデザインには、最大で数億のノード、数百万の MOSFET デバイス、および数億の寄生抵抗と容量が存在します。一連のシミュレーションには、回路の動作と、実行された EMIR 解析にもよりますが、数日間を要します。

それにもかかわらず、最近、抽出後のスタンダードセルベースの膨大なデジタルデザインを入手し、通常の過渡 (非 EMIR) 解析を実行して Spectre X をテストすることに興味を持っています。このデザインには、4億のノード、3,000万の bsimcmg デバイス、15億の寄生容量、および 5億の寄生抵抗があります。さらに、タイミングをチェックするために、30万の測定ステートメント (.meas) が用意されていました。

最初に、測定ステートメントを無効にして Spectre X LX シミュレーション (+preset=lx) を実行し、パフォーマンスの期待値を大まかに把握しました。このシミュレーションでは 8コアを使用し、1d22h、800GBのメモリを使用しました。次に、測定ステートメントを有効にして同じシミュレーションを実行しました。このシミュレーションには 9d17hかかりました。測定に関連するパフォーマンスの低下は、次の 2つの影響によって引き起こされます：

• 測定により、タイムステップごとにオーバーヘッドが発生します。
• デフォルトでは、Spectre の測定では、正確な測定ポイントでタイムステップが適用されます。したがって、測定ステートメントを使用したシミュレーションでは、タイムステップが約15倍になります。

測定ステートメントを使用してシミュレーションを再実行しましたが、今回はオプション mdlthresholds=interpolated を使用して測定関連のタイムステップの強制を無効にしました。このシミュレーションには 4d 5hを要しました。

LX モードの精度が気になったので、次に Spectre X AX シミュレーション (+preset=ax) を開始しましたが、今回は8コアから32コアに変更しました。このシミュレーションには1d 20hかかり、LX の実行よりも 2.2倍多くのタイムステップが使用されました。

その間に、測定ポイントでタイムステップを強制する方法を用いて Spectre X AX も実行しました。このシミュレーションの結果は、ゴールデン精度の基準として使用できます。2つの質問に答える必要があります：

• タイムステップを強制した場合と比較して、内挿を使用した測定によって生じる誤差はどの程度ですか?
• Spectre X AX モードと比較したときの Spectre X LX モードの誤差はどのくらいですか?

興味深いことに、測定の内挿によるシミュレーション誤差はわずか 0.2%でした。したがって、今後のすべてのシミュレーションで mdlthresholds=interpolated オプションを使用すると結論付けることができました。一方、LX モードでは 4～5% のタイミング誤差が発生し、必要な測定精度を満たしていませんでした。

以下は、パフォーマンスの観察結果をまとめた表です。

この調査から得られた教訓は次のとおりです：

• このような大規模なデザインには、1TB または1.5TB の十分なメモリを備えたコンピューターが必要です。そうしないと、シミュレーションが成功しないか、メモリ スワッピングが原因でシミュレーション時間が大幅に長くなる可能性があります。
• Spectre X マルチコアテクノロジは、このような大規模なデザインで優れたシミュレーションターンアラウンドタイムを実現するための鍵です。32コア以上が必要です。
• 正確な測定ポイントでタイムステップを適用するという Spectre のデフォルトの動作により、完全な精度が保証されます。一方で、パフォーマンスが低下するため、前述のような状況では、無効にすることが理にかなっている場合があります。

Spectre X が提供する大容量シミュレーションエンジンにより、このような巨大な 4億ノードのデザインを SPICE 精度で2日以内に解析できるようになりました。シミュレーションのパフォーマンスは、デザインのサイズ、使用されているデバイスと素子、デザインの複雑さ、デザインのアクティビティなど、多くの要因に依存することに注意してください。

進行中の Spectre X 開発の一環として、このデザインのパフォーマンスをさらに改善する方法も検討しています。

関連リソース

• Spectre Classic Simulator, Spectre Accelerated Parallel Simulator (APS), and Spectre Extensive Partitioning Simulator (XPS) User Guide
• Introducing Spectre X (英語版／日本語版)
• Getting the most out of Spectre X (英語版／日本語版)
• 日本語プロダクトページ: Spectre日本語資料

また、ケイデンス社のサポートAEに問い合わせることも可能です。

ケイデンス社の回路設計製品およびサービスの詳細については、www.cadence.comをご覧ください。 

Spectre Tech Tipsについて

Spectre Tech Tipsは、Spectreシミュレーション・プラットフォームの機能や可能性を探求することを目的としたブログ・シリーズです。このシリーズでは、Spectreの有用な機能や改善についての知見を提供することに加えて、このプラットフォームに関連するあらゆることについての知識と経験を共有する、様々なブロガーや専門家の声を届けます。

Stefan Wuensche
Translator: Yuko Yoneda

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