The Systems Designer's Guide to...Systems Analysis (電子ブック)の紹介

18 Oct 2021 • 1 minute read

これは、I-Connect007から出版されたSystem Designer's Guide to ...^TMシリーズの新しい本になります。この本はケイデンスのBrad Griffinによって書かれ、 System Analysis：Electromagnetic Interference and Thermal Analysis of Electronic Systems というタイトルが付けられています。ダウンロードする場合には、ここをクリックするか、本の画像をクリックしてください。

Brad Griffinは、どういう人でしょうか？

Brad Griffinは、Cadence Design Systems, Incのシステム解析グループの製品マーケティンググループディレクターです。彼は、データセンター、5G、WiFi6、3D-ICなどの高性能アプリケーション向けの集積回路パッケージングおよびプリント回路基板システムの設計と解析に関する電子機器設計技術で25年以上の経験があります。彼のEDAキャリアは、カリフォルニア州カマリロで起業されたQuad Designから始まり、から始まり、買収やスピンアウトを通じてView logic、Synopsys、Innoveda、Mentor Graphicsの在籍経験を持ちます。Griffinは、世紀の変わり目にエンジニアリングからビジネスに転換し、2003年以来ケイデンスのSI/PI解析に焦点を当てたソリューションの成功した成長を推進してきました。

この本は、エレクトロニクス、ひいては半導体とEDAを推進する5つの大きなトレンドから始まります。私の2つの投稿も併せて、以下に紹介します：

高性能を必要とするAI、5G、自動車、ハイパースケールのデータセンターは、シグナルインテグリティや解析の課題、および潜在的な熱の問題につながります。IoTは低パフォーマンスですが、ほとんどの場合、無線が関係し、ファンやヒートシンクさえも備えていない非常に小さなエンクロージャーが関係することがよくあります。本の第1章の冒頭の段落の言葉を引用します：

5G、自動車、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）、IoT、およびその他の高度なアプリケーションのシステム設計者は、電磁障害や熱の問題で大きな課題に直面しています。これらはすべての電子機器に普及しています。データセンターは、このハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）の時代において重要な役割を果たしており、EMI /熱の問題はデータセンターのパフォーマンスに大きな影響を及ぼします。この本は、データセンターの電子システムの問題を説明します。

過去20年間の主要なトレンドの1つは、比較的低速のパラレルインターフェイスから高速のシリアルインターフェイスへの移行です。これは多くの要因によって引き起こされてきました。その主な要因として、多くのバスは32ビットから64ビット（またはそれ以上）への切り替えにより、パラレルインターフェイスに必要なピン数が2倍になりました。またムーアの法則に基づいて、デザインのサイズが大きくなるにつれてピンが全体的に不足するため、ピンの数はデザインサイズの対数関数として増加しています。この本の別段落にはこう書かれています：

エッジノードとデータセンターで処理する必要のあるデータの量は膨大です。データセンターには、112Gbpsもの高いデータ伝送速度が必要です。このような高速は、4値パルス振幅変調（PAM4）信号を使用することによってのみ達成できます。112G-LR(Long Reach)とXSR (eXtreme Short Reach) SerDesは、次世代データセンターSoC向けに設計されています。高帯域幅、高速のデータ伝送動作のため、すべての設計部品の消費電力を注意深く検討する必要があります。スイッチング電力と内部電力の両方を節約するには、パターンベースの電力最適化した設計を実装する必要があります。データの増大と計算の複雑さに対応するには、共有データストレージを使用してアプリケーションと複数サーバーを高速化するための新しいアプローチを検討する必要があります。

112G信号を視野に入れると、光は1ナノ秒で1フィート（実際には10.8インチ）移動します。したがって、光は1ビットの送信にかかる時間でわずか10分の1インチ移動します。この種の伝送では、チャネルの特性、温度の変化、および関連するチップのプロセスコーナーを補正するために、大規模なイコライゼーションが必要です。電気的効果と熱的効果が互いに影響し合うことに注意してください。システムは両方を考慮に入れる必要があります。

もう1つの課題は、チップレットを使用した高度なパッケージングであり、同じパッケージ内に複数のダイを配置します。同じ問題は、ダイツーダイのD2Dとして知られる、チップレット間の接続で小規模に発生します。

ムーアの法則が死んでいるか、遅くなっていると聞いたことがあるかもしれませんが、速度と密度は増加し続けており、電力/熱は常に課題です。

デバイスのサイズは、数百ナノメートルから数ナノメートルに縮小しました。より小さなテクノロジーで製造されたICは、エンドユーザー製品を劇的に改善しますが、より小さなダイを最大限に活用するために、これらのダイを収容するパッケージやモジュールも小さくする必要があります。小さなパッケージに緊密に詰め込まれたデバイスが増えると、これらのデバイス間の結合が増加し、物理的なレイアウトが電気設計に与える影響を定量化して最適化するには、EM解析にさらに重点を置く必要があります。

チップ/チップレット、パッケージ、ボード、コネクタ、ケーブル、バックプレーン、ネットワークケーブル、および信号が送信される箇所は、全てのレベルで課題があることに注意してください。

この本の最後の章は次のとおりです。

ケイデンスは、想像を絶する膨大な量のデータを操作するアルゴリズムの提供、クラウドでの超並列化のためのアルゴリズムのスケーリング、エンタープライズ環境でのソフトウェアの提供とサポートに取り組んでいます。このテクノロジーへのアプローチはいくつかの製品に含まれており、多数のプロセッサーに拡張できます。

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私が以前紹介した、これらのシステム解析の問題に対処する個々の製品についてのBreakfast Bytesの投稿は以下になります。

これらの投稿はすべて、ポートフォリオ内の解析ツールの一部をカバーしており、さらに深く掘り下げたい場合は製品ページに移動してください。また、10ページ程度の2冊目の本 The Cadence Electronic System Design Solutions Guide には、ケイデンスのSystem Analysisツールを組み合わせて、最も要求の厳しい電気および熱解析の課題に対処する方法の概要が記載されています。
この本は、無料ダウンロードできます。

Download the Book

この本はi007booksのWebサイト the book's webpageから無料でダウンロードできます。

この記事に関するお問合せは、cdsj_info@cadence.com までお願いいたします。

Author: Paul McLellan

Translator: Takuya Moriya

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