簡單回顧一下(xià) Sigrity 的(de)發展歷程

1997 年，時任紐約州立大(dà)學教授的(de)方家元博士創建了(le)專注於信號與電源完整性分(fēn)析的(de) Sigrity 公司，直至 2012 年 7 月(yuè)，被 Cadence 宣佈以 8000 萬美(měi)元的(de)價格完成收購。

2019 年，隨著 Cadence 宣佈從傳統 EDA 公司向系統級公司轉型，Sigrity 家族也(yě)迎來了(le)兩位新成員：3D 電磁模擬工具 Clarity 3D Solver 和(hé) 熱模擬工具 Celsius Thermal Solver。進入 2021 年後，看到越來越多(duō)的(de)客戶開始向高(gāo)速設計邁進，Cadence 認為有必要適時推出一款具備更高(gāo)性能、更大(dà)容量和(hé)同等可(kě)信精度的(de) Sigrity 產品，於是 Sigrity X 應運而生。

重新定義 SI / PI

Sigrity X 搭載了(le)全新的(de)用(yòng)於系統級分(fēn)析的(de)強大(dà)模擬引擎，並採用(yòng)旗艦 Cadence Clarity 3D Solver 場求解器創新的(de)大(dà)規模分(fēn)散式架構 (Massive distributed architecture) ，取代了(le)此前的(de)一體化(huà)架構 (Monolithic architecture) ，一舉將模擬速度和(hé)設計容量 提升了(le) 10 倍，在此基礎上，Sigrity X 還提供全新的(de)用(yòng)戶體驗，支援不同分(fēn)析工作流程間的(de)無縫過渡，進一步縮短複雜系統級 SI / PI 分(fēn)析的(de)設置時間。

「很多(duō)人(rén)問我 Sigrity X 中的(de) X 代表什(shén)麼意思？顯而易見，X 代表羅馬數字 10，正好與 Sigrity 10 倍的(de)性能提升相契合。當然，也(yě)有人(rén)說 X 像一雙翅膀，是給 Sigrity 加上了(le)一雙騰飛的(de)翅膀。」Ben Gu 說，「這得(de)益於 Cadence 對設計資料庫進行了(le)大(dà)規模的(de)平行化(huà)處理(lǐ)。簡單而言，就是將一個規模龐大(dà)的(de)設計專案分(fēn)割成很多(duō)小的(de)部分(fēn)，然後讓多(duō)個電腦對分(fēn)割出來的(de)這些子專案進行協同模擬，這樣做(zuò)既能夠提升性能和(hé)容量，又確保模擬精度沒有任何損失，這與業界其他(tā)工具所宣稱的(de) 『分(fēn)散式』 理(lǐ)念有著本質的(de)不同。」

他(tā)對《電子工程專輯》表示，之所以要將模擬速度和(hé)設計容量提升 10 倍，且保持精度不變，源於 Cadence 觀察到目前 5G 部署越來越普及，高(gāo)速系統設計越來越複雜，導緻傳統模擬在記憶體、執行時間等方面遭遇到前所未有的(de)挑戰，相當多(duō)的(de)客戶非常希望能有一款既能夠分(fēn)析 PCB 和(hé)封裝，又不損耗精度的(de)模擬工具。

另一方面，隨著雲計算(suàn)和(hé) IT 技術的(de)不斷發展，存儲價格反而開始反超 CPU，這為大(dà)規模分(fēn)散式運算(suàn)的(de)部署提供了(le)思路——即可(kě)以用(yòng)更多(duō)、規模更小、價格更便宜的(de) CPU，而不是使用(yòng)更昂貴的(de)存儲產品來解決問題。

在他(tā)列舉的(de)一個實際案例中，透過使用(yòng) Sigrity X，一家客戶原本需要 1.6T 記憶體才能模擬出來的(de)問題，最終隻用(yòng)了(le) 4 個 128G 的(de)機器就實現了(le)。這對大(dà)型系統廠商而言，無疑是「0」和(hé)「1」的(de)區別，正是因為有了(le)創新的(de)分(fēn)散式運算(suàn)新架構和(hé)代碼優化(huà)，才使得(de)很多(duō)此前無法實現的(de)模擬現在都得(de)以實現。

分(fēn)散式運算(suàn)無論從概念到應用(yòng)都並非是最新提出的(de)。但 Ben Gu 指出，這一理(lǐ)念被用(yòng)於信號和(hé)電源完整性分(fēn)析領域尚屬首次，而且從 2012 年開始，Cadence 幾乎所有的(de)工具都開始向著分(fēn)散式架構邁進，最具代表性的(de)就是電源完整性模擬工具 Voltus，這是業界第一款大(dà)規模分(fēn)散式的(de)運算(suàn)工具。進入 2019 年，分(fēn)散式運算(suàn)架構技術進一步上升至系統層面，從 Clarity、Celsius 到 Sigrity，都基於這一設計理(lǐ)念。

新一代 Sigrity 可(kě)以與 Clarity 3D Solver 場求解器同步運行，並與 Cadence Allegro PCB Designer 設計工具和(hé) Allegro Package Designer Plus 封裝設計工具緊密整合。這一全新特性可(kě)以幫助 PCB 和(hé) IC 封裝設計師將端到端、多(duō)重結構和(hé)多(duō)重母片系統 (發射機到接收器或電源到功率耗散器) 結合，確保 SI / PI 成功簽核。此外，Sigrity X 與 Cadence Virtuoso 工具也(yě)有整合，用(yòng)戶不必再單獨打開其它工具就能夠直接進行 In-design 分(fēn)析，從而實現更快(kuài)的(de)反覆運算(suàn)。

此外，為了(le)更便於設計者使用(yòng)，Sigrity X 對 GUI 中一些傳統圖示的(de)樣貌進行了(le)修改，使之更接近於當前比較流行的(de)設計風格；設計風格也(yě)做(zuò)出了(le)較大(dà)調整，更貼近於 Windows 10 的(de) GUI 設計風格；為新手工程師準備了(le)很多(duō)「工作流程 (Work Flow)」，隻需點擊一次按鍵就能完成相關作業。

Ben Gu 借用(yòng)了(le)「新瓶裝老酒」的(de)說法來解釋 Sigrity 與 Clarity 之間的(de)關係。所謂的(de)「老酒」，指的(de)是儘管把 Clarity 所有的(de)技術都移植到了(le) Sigrity 中，但 Sigrity 的(de)核心演算(suàn)法沒有被改動。尤其是考慮到 Sigrity 已經成為「黃金工具」，被上千家客戶用(yòng)來做(zuò)設計簽收，所以更不能對模擬結果有任何隨意的(de)改動。而「新瓶」，則意指透過大(dà)規模分(fēn)散式運算(suàn)技術來改變 Sigrity 的(de)整個軟體構架，從而在性能和(hé)容量方面獲得(de)大(dà)幅提升。

「在對 DDR5 / DDR6 這樣的(de)高(gāo)速系統進行信號完整性和(hé) BAS 分(fēn)析的(de)時候，要抽取的(de)頻寬已經從過去的(de) 10G 猛增至現在的(de) 40-60G。可(kě)以這樣說，在頻寬高(gāo)到一定程度之後，整個 Sigrity 可(kě)能都不再是一個適合的(de)工具了(le)，客戶需要考慮使用(yòng) Clarity 去做(zuò)更精確的(de)模擬簽收。」他(tā)說。

進軍系統模擬領域

不過，Sigrity X 的(de)推出，隻能算(suàn)是產品線的(de)劃時代「演進」，而更具「革命性」意義的(de)事件，則是 Cadence 宣佈進軍包括流體力學分(fēn)析 (CFD) 在內的(de)系統模擬領域。

「EDA 市場每年的(de)增幅大(dà)約是 10%-12%，很穩健，也(yě)很健康，但我們覺得(de)可(kě)以做(zuò)得(de)更好。因為很多(duō) EDA 領域的(de)知識可(kě)以用(yòng)在系統模擬領域，這也(yě)是跟 EDA 最接近的(de)一個領域，Cadence 內部將其稱之為「系統創新 (System innovation)」，包括 Simulation analysis、PLM、Design database 等等，都是我們想涉足的(de)領域。」 Ben Gu 說，「2020 年，Cadence 系統模擬部門取得(de)了(le)超過 30% 的(de)業績增長，但公司其實還有更大(dà)的(de)構想，例如希望幫助用(yòng)戶利用(yòng) AI 和(hé) ML 技術實現 Design construction，對資料進行分(fēn)析進一步提高(gāo)生產力等，會在未來幾年內逐步加以佈局。」

在這樣的(de)背景下(xià)，2019 年，Cadence 以 Sigrity 為基礎成立了(le)系統 (多(duō)物(wù)理(lǐ)場) 模擬事業部，並將 Clarity 3D-EM 引擎抽取出來進行大(dà)幅度革新，推出了(le) Clarity 3D Solver。同時推出的(de)還有基於 Sigrity 中的(de)熱模擬工具 PowerDC 創新而來的(de) Celsius Thermal Solver 熱模擬求解器。