Trong hơn 40 năm lịch sử của mình, tự động hóa thiết kế điện tử (EDA) đã chứng kiến ​​nhiều công ty tăng, giảm và hợp nhất. Ban đầu, vào những năm 1980, ngành công nghiệp này bị thống trị bởi những thứ được gọi là ba ông lớn - Daisy Systems, Mentor Graphics và Valid Logic (“DMV” khét tiếng). Big 3 đã thay đổi trong nhiều năm, cuối cùng ổn định trong một thời gian dài với tư cách là Cadence, Synopsys và Mentor. Theo người bạn của tôi, những bài thuyết trình luôn đầy đủ thông tin của Wally Rhines, Big 3 có truyền thống chiếm hơn 80% tổng doanh thu EDA. Tuy nhiên, EDA hiện đang hoàn toàn dẫn đầu bởi bốn người chơi lớn hơn hàng tỷ đô la, cộng với một tập hợp các nhà cung cấp thích hợp nhỏ hơn nhiều. “Big 3” bây giờ là “Big 4”, bao gồm Ansys, một công ty Fortune 2 trị giá 500 tỷ đô la, Synopsys, Cadence Design Systems và Siemens Digital Industries Software (nhũ danh là Mentor Graphics). Những người chơi nhỏ hơn, thích hợp hơn như Silvaco (lớn nhất tiếp theo) theo sau từ xa với doanh thu 50 triệu đô la tuyệt vời.

Ansys có lịch sử 50 năm trong lĩnh vực mô phỏng kỹ thuật, nhưng sự tham gia của nó vào EDA chỉ bắt đầu từ việc mua lại Apache vào năm 2011. Trong quá trình này, Ansys đã mua lại Redhawk - một nền tảng xác minh đặc biệt cho tính toàn vẹn và độ tin cậy của các vi mạch phức tạp, cùng với một bộ sản phẩm liên quan bao gồm Totem, Pathfinder và PowerArtist. Sự phát triển này tiếp tục với việc mua lại Helic với bộ công cụ xác minh điện từ trên chip và các thương vụ mua lại sau đó trong các lĩnh vực như quang tử, để giải quyết các vấn đề xác minh quan trọng trong quá trình phát triển vi mạch.

Để cung cấp bối cảnh cho vai trò của Ansys trong hệ sinh thái EDA hiện tại, quy trình thiết kế chip bao gồm 40 hoặc nhiều bước riêng lẻ được thực hiện bởi một loạt các công cụ phần mềm. Không một công ty nào có thể hy vọng bao phủ toàn bộ dòng chảy. Mặc dù mọi giai đoạn đều quan trọng, nhưng có một số bước xác minh cực kỳ khó khăn, quan trọng do các nhà sản xuất chất bán dẫn yêu cầu mà tất cả các chip đều phải vượt qua. Những xác minh ký hiệu này được yêu cầu trước khi các xưởng đúc chấp nhận một thiết kế để sản xuất.

Được gọi là dấu hiệu vàng, chúng bao gồm:

• Kiểm tra quy tắc thiết kế (DRC)
• Bố cục so với Giản đồ (LVS)
• Tín hiệu thời gian (STA: phân tích thời gian tĩnh)
• Tín hiệu toàn vẹn nguồn (EM / IR: di chuyển điện / sụt áp).

Độ tin cậy và sự tự tin trong các cuộc kiểm tra này dựa trên uy tín và kinh nghiệm trong ngành được xây dựng qua nhiều thập kỷ, bao gồm nhiều năm cộng tác chặt chẽ với các xưởng đúc, điều này khiến các công cụ ký tên vàng trở nên rất khó khăn và rủi ro thay thế. Ngày nay, hầu như mọi thiết kế vi mạch đều dựa vào Calibre của Siemens và PrimeTime của Synopsys. Kết hợp với hai công cụ vàng lâu đời này, Ansys RedHawk-SC ™ (dành cho thiết kế kỹ thuật số) và Ansys Totem (dành cho thiết kế tín hiệu tương tự / hỗn hợp (AMS)) là những công cụ vàng cho dấu hiệu toàn vẹn điện năng, rất quan trọng đối với các thiết kế bán dẫn tiên tiến hiện nay.

Chứng nhận đúc

Ngoài chứng nhận ký kết của RedHawk-SC và Totem về tính toàn vẹn của nguồn điện, các công cụ khác của Ansys cũng đã được các xưởng đúc đủ điều kiện cho một loạt các bước xác minh bao gồm mô hình điện từ trên chip (RaptorX, Exalto, VeloceRF), phân tích nhiệt chip (RedHawk- SC Electrothermal), và phân tích nhiệt gói (Icepak).

Do nguồn lực kỹ thuật hạn chế và lịch trình đòi hỏi khắt khe, các xưởng đúc thường chỉ làm việc với một số nhà cung cấp EDA chọn lọc khi họ phát triển từng thế hệ quy trình silicon mới. Hầu hết những sự hợp tác này hiện tồn tại trong bong bóng của Big 4, dựa trên các mối quan hệ được xây dựng dựa trên danh tiếng về việc cung cấp các năng lực công nghệ cụ thể, các mối quan hệ làm việc được xây dựng trong nhiều năm và độ tin cậy của những công cụ đó được thiết lập bằng cách làm việc với nhiều khách hàng trên nhiều thế hệ công nghệ.

Ansys đưa EDA vào quy trình làm việc đa ngành 3D

Sự phát triển của thiết kế bán dẫn đang vượt ra khỏi việc thu nhỏ kích thước tính năng ngày càng nhỏ và hiện đang giải quyết các thách thức hệ thống phụ thuộc lẫn nhau của các mạch tích hợp 2.5D (song song) và 3D (xếp chồng lên nhau) (3D-IC). Những thiết kế nguyên khối này phân rã các thiết kế nguyên khối truyền thống thành một tập hợp các 'chiplet' mang lại lợi ích về năng suất, quy mô, tính linh hoạt, tái sử dụng và các công nghệ quy trình không đồng nhất. Nhưng để đạt được những lợi thế này, các nhà thiết kế 3D-IC phải vật lộn với sự gia tăng đáng kể về độ phức tạp đi kèm với thiết kế đa chip. Nhiều hiệu ứng vật lý phải được phân tích và kiểm soát hơn so với các thiết kế chip đơn truyền thống, và một bộ công cụ phân tích và mô phỏng vật lý rộng rãi là rất quan trọng để quản lý sự phức tạp gia tăng của đa vật lý liên quan.

Ansys đã tự định vị chiến lược để đối mặt với những thách thức này với tư cách là một công ty hàng đầu trong ngành bằng cách tận dụng trải nghiệm mô phỏng đa vật lý học kéo dài và rộng của mình với các khả năng Redhawk-SC và Totem được cập nhật để hỗ trợ những tiến bộ về tính toàn vẹn năng lượng cho 3D-IC. Điều này bao gồm các khả năng hoàn toàn mới như RedHawk-SC Electrothermal được nhắm mục tiêu cụ thể vào các thách thức thiết kế 3D-IC với tính toàn vẹn của nhiệt và tốc độ cao.

Trong vài năm qua, Ansys đã được TSMC công nhận vì vai trò quan trọng của nó trong quy trình thiết kế EDA. Vào năm 2020, Ansys đã sớm đạt được chứng nhận về giải pháp thiết kế bán dẫn tiên tiến cho Thiết kế CoWos (Chip-on-Wafer-on-Substrate) tốc độ cao của TSMC và InFO (Tích hợp Fan-Out) Công nghệ đóng gói 2.5D và 3D. Việc tiếp tục hợp tác thành công với TSMC đã mang lại một giải pháp phân tích nhiệt phân cấp cho thiết kế 3D-IC. Trong một sự hợp tác gần đây hơn, Ansys Redhawk-SC và Totem đạt được chứng nhận ký kết cho các công nghệ quy trình N3E và N4P mới nhất của TSMC. Các hợp tác tương tự cho quy trình nâng cao, bao bì tiên tiến nhiều khuônvà thiết kế tốc độ cao đã dẫn đến chứng nhận từ Samsung và GlobalFoundries. Ansys thậm chí còn vượt ra ngoài bảng ký hiệu đúc và chứng nhận để xác định các luồng tham chiếu kết hợp các công cụ này, chẳng hạn như Luồng tham chiếu thiết kế tần số vô tuyến (RF) N6 của TSMC.

TSMC cũng đã công nhận Ansys với nhiều Giải thưởng Đối tác của Năm trong 5 năm qua, gần đây nhất là:

• Cùng phát triển cơ sở hạ tầng thiết kế 4nm để cung cấp các công cụ xác minh độ tin cậy và tính toàn vẹn năng lượng hiện đại, được chứng nhận bởi xưởng đúc cho quy trình TSMC N4
• Cùng phát triển Giải pháp thiết kế 3DFnai ™ để cung cấp các giải pháp nhiệt, toàn vẹn điện và độ tin cậy được chứng nhận bởi xưởng đúc cho TSMC 3DFnai ™, một dòng công nghệ đóng gói silicon 3D toàn diện và công nghệ đóng gói tiên tiến

Đạt được Hiệu quả Cao hơn thông qua Quy trình Công việc Kỹ thuật

Khi nhiều công ty hệ thống bắt tay vào thiết kế silicon và công nghệ 3D-IC riêng của họ trở nên phổ biến hơn, thì càng phải phân tích vật lý nhiều hơn và chúng phải được phân tích đồng thời chứ không phải riêng lẻ. Đa vật lý không chỉ đơn thuần là vật lý đa dạng. Việc xây dựng một hệ thống với một số chiplet được tích hợp chặt chẽ sẽ phức tạp hơn, do đó các vấn đề về điện / vật lý cũng phát sinh nhiều hơn. Đáp lại, Keysight, Synopsys và những người khác đã chọn hợp tác với Ansys, nhận ra giá trị của các nền tảng đa vật lý mở và có thể mở rộng của nó. Keysight đã tích hợp Ansys HFSS vào luồng RF của họ, trong khi Synopsys đã tích hợp chặt chẽ các công cụ Ansys vào luồng thiết kế vi mạch của họ.

Ansys có vị trí tốt để tăng tốc thiết kế hệ thống 3D-IC, cung cấp kiến ​​thức chuyên môn thiết yếu trong các lĩnh vực khác nhau - trong EDA và hơn thế nữa - để có một quy trình làm việc hiệu quả trải dài trên nhiều phạm vi vật lý trong hầu hết mọi lĩnh vực kỹ thuật. Ví dụ, các giải pháp của Ansys hỗ trợ phân tích nhiệt hoàn chỉnh của hệ thống 3D, bao gồm ứng dụng động lực học chất lỏng tính toán để nắm bắt ảnh hưởng của quạt làm mát và phân tích ứng suất / độ vênh cơ học để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống bất chấp sự giãn nở nhiệt khác nhau của nhiều chip. Ansys thậm chí còn cung cấp công nghệ để giải quyết độ tin cậy trong sản xuất, dự đoán khi nào một con chip sẽ bị lỗi trên thực địa. Những sản phẩm này giúp hiểu biết về silicon và quy trình công việc kỹ thuật hệ thống từ đầu đến cuối.

Ảnh hưởng của Ansys với tư cách là người đi đầu trong lĩnh vực vật lý kéo dài hàng thập kỷ. Nó mở rộng ra ngoài nhiều vật lý đến các giải pháp dựa trên đa vật lý xem xét các tương tác phù hợp hơn với sự phát triển đồng thời của hệ thống 3D-IC - trong phân tích nhiệt, động lực học chất lỏng tính toán để làm mát, phân tích cơ học, điện từ của tín hiệu tốc độ cao, dao động công suất tần số thấp giữa các thành phần , xác minh an toàn và hơn thế nữa, tất cả đều nằm trong bối cảnh của các luồng EDA hàng đầu. Và, hệ sinh thái phân tích mở và có thể mở rộng của Ansys kết nối với các công cụ EDA khác và thế giới rộng lớn hơn của thiết kế, sản xuất và kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính (CAD).

Tổng kết

Có chút nghi ngờ rằng sự đổi mới 3D-IC đang tăng tốc. Khi các công ty hệ thống mở rộng hơn nữa sang 3D-IC, họ sẽ tiếp tục xem xét và tin tưởng các giải pháp của Ansys để hỗ trợ các thiết kế vi mạch của họ. Cho đến nay, đại đa số các nhà thiết kế chip trên thế giới dựa vào các sản phẩm của Ansys để phân tích tính toàn vẹn điện năng một cách chính xác. Ansys cung cấp kiến ​​thức chuyên môn về sản phẩm vật lý mạng, với sự hiểu biết sâu sắc về silicon và quy trình kỹ thuật hệ thống. Với một chân trong thế giới bán dẫn và một chân khác trong thế giới kỹ thuật hệ thống rộng lớn hơn, Ansys có vị trí duy nhất để cung cấp các giải pháp đa vật lý rộng hơn cho vi mạch 2.5D / 3D sẽ tiếp tục phát triển dấu ấn của mình trong EDA. EDA Big 3 hoàn toàn là Big 4.

Cũng đọc:

WEBINAR: Thiết kế và xác minh RFIC hiện đại bằng cách sử dụng Synopsys / Ansys Custom Design Flow

Ý nghĩa lượng tử đối với tự động hóa thiết kế điện tử

Các đường bị mờ giữa hệ thống và silicon. Bạn chưa sẵn sàng.

Chia sẻ bài đăng này qua: