Start Your Engines: アナログ／ミックスシグナル検証の高速化

13 Mar 2023 • Less than one minute read

Cadence® Spectre® AMS Designer は、高いパフォーマンスのミックスシグナル・シミュレーション・システムです。複数エンジンの使用や、さまざまなプラットフォームから実行できる機能により、ミックスシグナル・デザイン検証を「活性化」し、市場競争でチェッカーフラッグを受けることができます。Start Your Engines! ブログ・シリーズは、シミュレーションのパフォーマンスをチューンアップし、生産性向上に役立つヒントと洞察を提供します。

ボンジュール！

今日の複雑なアナログ・ミックスシグナルSoCやメモリ設計の検証には、高精度で高速なシミュレーションが必要です。

この記事では、Spectre FXシミュレータを活用することで、アナログ・ミックスシグナル検証を高速化する方法について説明します。複雑なSoC設計やアナログIPには、数千から数百万個のトランジスタ、抵抗、容量、インダクタが含まれる場合があります。ブロックによっては、たとえば50GHzのような非常に高い周波数で動作することもあります。また、アナログやデジタルのブロックの中には、より低い周波数で長い時定数で動作するものもあります。

このような大規模で複雑な設計では、生産性を高め、検証時間を短縮するために、純粋なSPICEレベルのミックスシグナル・シミュレータと比較して、スケーラブルで大容量のFastSPICEシミュレーション・エンジンが必要です。

このブログを通じて、それを実現する方法を説明します。

Spectre FXとは？

Cadence Spectre FXは、次世代のFastSPICEシミュレータです。そのアーキテクチャは、同等以上の精度に加え、最新のFastSPICEシミュレータと比較して、最大3倍以上の性能向上を実現しています。

エンジニアは、Spectre FXのグローバルの精度プリセットと、将来的には非常に限られた用途のためにローカル・スコープのプリセットを適用する特別なサブサーキットを選択できます。

図: プリセット・オプションで設定可能な値

アナログ・ミックスシグナル言語

Spectre FXシミュレータとSpectre AMS Designerの併用においては、ミックスシグナル検証用の以下の10の言語すべてをサポートします:

VerilogHDL, IEEE標準規格
SystemC
SystemVerilog
VHDL
Verilog-A, Verilog-AMSのアナログ・サブセット
Verilog-AMS, Accelera標準規格
SystemVerilog-AMS (ケイデンス実装)
VHDL-AMS, IEEE標準規格
Spectre言語 (構造ネットリスト用)
SPICE (構造ネットリスト用)

また、DUT (Design Under Test)のパワー・インテントは、LP1801 (UPF)またはCPF標準規格のいずれかを使用して記述することができます。

Spectre FXのアナログ・ソルバーは、トランジスタや受動素子、ミックスシグナル・ビヘイビアモデル・インスタンスのアナログ・コンテキストによって生じる非線形微分方程式を迅速に解けるように設計、最適化されています。Spectre FXは、アナログ回路を分割(パーティション)して、異なるタイムステップでより小さなマトリックスを計算することができます。寄生素子を含む回路については、Spectre FXは正確で最適化されたRCリダクションを自動的に適用することができます。

アナログ・ミックスシグナル・シミュレーション

タイムドメイン・シミュレーション中、Spectre AMS Designerシミュレータは、Spectre FXとXceliumイベント・ソルバーの両方を自動的に同期させます。設計者はこれを気にする必要はありません。自動的に挿入されるインターフェイス・エレメント(IE)は、信号をlogicからelectrical、electricalからlogic、realからelectrical、またはelectricalからrealに変換します。

このアナログ・ミックスシグナル・シミュレーションの目的は、テストベンチとDUTに異なる電圧、電流、デジタル信号が印加されたときの動作を予測することです。エンジニアは、DUTの動作のさまざまなモードをテストして探索し、潜在的な問題を事前に特定し、テープアウト前にSoCの性能を最適化することができます。

使用方法

AMS DesignerシミュレーションにSpectre FXを有効にするには:

Setup – High-Performance Simulationを選択します。
High-Performance Simulation Optionsフォームが表示されます。
Simulation Performance ModeにSpectre FXを選択します。

その後、エンジニアは、以下の中から精度プリセットを選択できます:

Vx: ファンクション・チェック用の最速モード
Lx: タイミング、電圧、正確な平均電流のチェックに適したモード
Mx: タイミング・チェックやピーク電流チェック用の高精度モード
Ax: FastSPICEのキャパシティでの精度リファレンス用のモード

または、下図のようにxrunコマンド -spectre_args +fx でSpectre FXを有効にしてください:

Spectre FXモードで高速なシミュレーションを実行するには、次のようにオプション +preset=vx を使用します:

-spectre_args "+fx +preset=vx"

シミュレートした結果得られた信号は、下図のようにSimVisionまたはVirtuoso Visualization and Analysis XLでプロットすることができます。

主なメリット

使いやすさ: 最小限のチューニングで済む、すぐに使える直感的なユースモデル
高精度: プリセット・オプションにより、設計者が簡単に精度を指定可能
スケーラビリティ: 最大32コア、マルチスレッドによるトランジェント・シミュレーションの並列化
自動化: テストベンチとDUTのアナログ・コンテキストを自動的に解析し、プリ／ポストレイアウトのテストケースに対し、(デフォルトで)アナログ・ソルバーの詳細設定操作を賢く最適化
効率的: シミュレータの精度と速度の両立を実現するために、設計者が何日もかけて手動で設定する必要なし
生産性: エンジニアは、シミュレーション時間の短縮を実感
Virtuosoプラットフォームやその他のコマンドライン・フローに統合
Verilog-AMS、Verilog-Aモジュール、SystemVerilog-AMSコネクト・モジュール、VHDL-AMS entity、または世界の最新ファウンドリ・プロセスの多数のトランジスタ・サブ回路を持つアーキテクチャをインスタンス化する、さまざまな複雑さのデザインに対応

まとめ

Spectre AMS DesignerとSpectre FXの併用は、非常にシンプルで直感的です。このソリューションは、アナログ・ミックスシグナル検証の高速化に貢献します。

Spectre AMS DesignerシミュレーションにSpectre FXを使用した設計者やCADエンジニアから、素晴らしいフィードバックが届いています。前回のEMEA CadenceLIVEでは、アナログ・ミックスシグナルの設計者が数百人の参加者に結果を発表し、複雑なSoCで複数のデザインの検証に成功したことを説明しました。Spectre FXを併用したSpectre AMS Designerは、他のどのシミュレータよりも高速でした、というメッセージで締めくくりました:

「Spectre AMS Designer with Spectre FXをすぐに使うよう、カンファレンスに参加するすべての人にアドバイスします。検証時間が短縮されますよ。さらに、セットアップも簡単で、とても直感的です。」

自分で試してみたいという気持ちが湧いてきたでしょうか？もっと詳しく知りたい方は、ケイデンスのサポート・チームまでお問い合わせください。

Start Your Enginesについて

Start Your Enginesシリーズでは、AMS Designerの新機能の紹介、既存機能の強化のためのヒントなど、さまざまなトピックについて、アナログ／ミックスシグナル分野の専門家がブログ記事をお届けしています。

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Product Manual	Spectre AMS Designer and Xcelium Simulator Mixed-Signal User Guide
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