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在 DesignCon 2023 大(dà)會上，iconnect007.com 網站采訪了(le) Cadence Design Systems 的(de)産品管理(lǐ)組總監 Brad Griffin，請他(tā)談一談如何将人(rén)工智能 (AI) 和(hé)機器學習(xí)作爲工程設計輔助工具，用(yòng)來(lái)優化(huà)信号和(hé)電源完整性。
Brad 認爲，将人(rén)工智能添加到設計流程的(de)優化(huà)工具中，有助于工程師評估大(dà)量的(de)潛在解決方案，鎖定更多(duō)經過高(gāo)度優化(huà)的(de)解決方案，效率遠(yuǎn)高(gāo)于工程師們的(de)赤手空拳。
問：Brad，作爲系統分(fēn)析團隊的(de)産品營銷總監，您目前在做(zuò)哪些工作？
Brad：其中一些是老生常談，包括信号完整性、電源完整性、高(gāo)速設計以及更高(gāo)水(shuǐ)平的(de)集成。但也(yě)有令人(rén)眼前一亮的(de)新技術，比如現在的(de)熱(rè)門話(huà)題人(rén)工智能 (AI) 和(hé)機器學習(xí) (ML) 輔助優化(huà)，我們将它們融進了(le)整體的(de)信号 / 電源完整性解決方案。
問：我們收到用(yòng)戶提問：“爲什(shén)麽将概念驗證投入生産如此困難？”大(dà)家不明(míng)白整個(gè)流程。
Brad：從仿真角度來(lái)看，很長(cháng)一段時(shí)間以來(lái)，我們爲用(yòng)戶提供了(le)參數化(huà)的(de)可(kě)能，例如，“這(zhè)是最小值，這(zhè)是最大(dà)值，可(kě)能中間還(hái)有幾個(gè)步驟。所有參數可(kě)能都要仿真，因爲其中有一個(gè)變量可(kě)能對(duì)應 5 個(gè)不同的(de)值。”現在，假設有另一個(gè)變量，也(yě)對(duì)應 5 個(gè)不同的(de)值。那麽 5x5，就是 25 個(gè)參數，如果再有一個(gè)變量，就是 125 個(gè)參數。這(zhè)個(gè)數字還(hái)可(kě)以不斷翻倍…
問：接下(xià)來(lái)是 625？
Brad：對(duì)！如果用(yòng)戶的(de)設計需要使用(yòng)一個(gè)全波 3D 場(chǎng)求解器，最理(lǐ)想的(de)情況下(xià)仿真僅需要 5 分(fēn)鐘(zhōng)，但實際上則可(kě)能高(gāo)達幾個(gè)小時(shí)，用(yòng)戶不可(kě)能進行 625 次仿真并迅速做(zuò)出決定。而我們的(de)新技術 Optimality，可(kě)以在仿真過程中利用(yòng) AI/ML分(fēn)析這(zhè)些變量，運行其中的(de)一些變量，搞清楚哪些變量看起來(lái)不錯，哪些結果不太好；并引導後續的(de)仿真，找到最佳值，幫助用(yòng)戶設定目标解決方案。因此，用(yòng)戶不再需要 625 次仿真，可(kě)能隻需要運行 20 次，仿真時(shí)間也(yě)能從幾周縮短到半天之内。衆所周知，AI/ML 引擎的(de)速度很快(kuài)，容量也(yě)很大(dà)，我們可(kě)以在流程的(de)早期使用(yòng)，從而在後期獲得(de)最佳結果。
Optimality Explorer 使用(yòng)人(rén)工智能和(hé)機器學習(xí)技術 (AI/ML) 來(lái)自動指導優化(huà)，平均速度比傳統手動操作快(kuài) 10 倍，在一些設計上甚至實現了(le)高(gāo)達 100 倍的(de)速度提升。
問：AI/ML 的(de)主要作用(yòng)是管理(lǐ)預期，而不是指望它一氣呵成，直接完成整套流程。
Brad：目前還(hái)不能利用(yòng) AI/ML 直接完成整套流程，但也(yě)許有一天會實現。事實上，Cadence 團隊正在讓 Allegro 環境支持 AI 功能。從網表開始，在确保信号和(hé)電源完整性的(de)前提下(xià)進行布線。我們并不是想削弱設計人(rén)員(yuán)努力的(de)價值，而是想讓他(tā)們的(de)工作更高(gāo)效，确保他(tā)們可(kě)以做(zuò)出更明(míng)智的(de)決策，從而在更短的(de)時(shí)間内完成更多(duō)工作。
在 Allegro 環境中，隻需選擇電源和(hé)接地所在的(de)層即可(kě)開始生成過程。
我們的(de)信号完整性解決方案需要創建良好的(de)互連模型。如果要了(le)解信号如何從一層過渡到另一層，可(kě)以通(tōng)過多(duō)種方式來(lái)設計過孔或過孔陣列。而我們的(de)一些客戶表示，Optimality 爲他(tā)們開辟了(le)新思路，提供了(le)更多(duō)可(kě)能性，因此他(tā)們可(kě)以找到最佳解決方案。借助人(rén)工智能技術，工程師可(kě)以在更廣的(de)取值範圍内運行仿真，提升工作效率。從這(zhè)個(gè)角度來(lái)看，人(rén)工智能令人(rén)驚喜。
“我們是 Cadence Optimality Intelligent System Explorer 的(de)早期采用(yòng)者，在具有多(duō)個(gè)通(tōng)孔結構和(hé)傳輸線的(de)剛柔結合 PCB闆上，該工具性能卓越。Optimality Explorer 的(de) AI 驅動優化(huà)讓我們發現了(le)新穎的(de)設計和(hé)方法，而這(zhè)些是我們利用(yòng)其它工具無法實現的(de)。Optimality Explorer 爲原本就性能強大(dà)的(de) Clarity 3D Solver 增加了(le)智能，幫助我們加速達成性能目标。”
—— Kyle Chen
微軟首席硬件工程師
“聯發科是 SerDes 設計技術的(de)領導者。在我們最近進行的(de) 112G PAM4 SerDes 項目中，Cadence 的(de) Optimality Explorer 和(hé) Clarity 3D Solver 幫助我們實現了(le) 75% 的(de)性能提升。Cadence 提供了(le)突破性的(de) AI 驅動優化(huà)，讓我們可(kě)以快(kuài)速有效地确定最佳回波損耗和(hé)插入損耗，以及 TDR 波形，加速了(le)設計團隊的(de)生産力，并成功完成最終産品。”
—— Aaron Yang 和(hé) Howard Yin
聯發科設計總監
根據信号或電源完整性完整的(de)結果，仿真工具可(kě)以生成眼圖。在此之前，提取工具将提供高(gāo)質量的(de)互連模型，這(zhè)需要有良好的(de)互連設計。 這(zhè)就是 Optimality 的(de)用(yòng)武之地，确保用(yòng)戶能夠優化(huà)設計。最終敲定設計方案時(shí)，用(yòng)戶可(kě)以提取準确的(de)模型，信心十足地完成簽核，确信設計在信号完整性上完美(měi)通(tōng)關。
産品設計變得(de)越來(lái)越複雜(zá)，而 AI 有助于縮短設計周期。我曾經接觸過虛拟現實産品，盡管 Meta 在努力降低計算(suàn)量，但依然要确保虛拟現實頭盔的(de)散熱(rè)性能，不能讓用(yòng)戶受到EMI輻射。在這(zhè)種前沿産品的(de)設計過程中，我們的(de)仿真工具發揮著(zhe)關鍵作用(yòng)。
問：用(yòng)戶對(duì) AI/ML 有何想法？
Brad：很多(duō)人(rén)都會覺得(de)：“哇，我以前從來(lái)沒有想過這(zhè)些。”他(tā)們感到獲得(de)了(le)一種可(kě)以讓他(tā)們成爲更出色工程師的(de)工具；對(duì)此我也(yě)深有同感。Cadence 工具速度快(kuài)，容量高(gāo)；當 Clarity 3D Solver、Celsius Thermal Solver、 Sigrity X 等工具在多(duō)個(gè)核心上運行時(shí)，能夠快(kuài)速解決問題。有了(le)這(zhè)些得(de)心應手的(de)利器，用(yòng)戶可(kě)以進行智能掃描，并确定從未設想的(de)優化(huà)解決方案。現在，借助 AI 自身的(de)計算(suàn)能力，工程師可(kě)以專注于更出色的(de)設計開發。
Optimality 與 Cadence 多(duō)物(wù)理(lǐ)場(chǎng)分(fēn)析技術集成
問：所以說，Optimality 技術是在充分(fēn)利用(yòng)AI的(de)潛能，引導用(yòng)戶做(zuò)出有助于最佳設計的(de)決策？
Brad：設計流程的(de)關鍵在于設計決策，而 Optimality 可(kě)以幫助用(yòng)戶做(zuò)出更明(míng)智的(de)決定。否則，我們隻是在盲目進行的(de)幾次仿真中猜測哪一個(gè)結果最好。我們完全不會想到，其實可(kě)能還(hái)有另外 50 種方案，其中第 47 号才是最佳選擇，更有助于提升産品性能。但若隻憑工程師自己去實現，是并不現實的(de)。
問：富士康的(de)前首席技術官 Happy Holden 一直推崇在 EDA 工具中引入 AI 技術，但他(tā)認爲不能将 AI 直接插入到現有 EDA 工具的(de)代碼中，因爲其中許多(duō)工具是在 15 到 20 年前編寫的(de)。
Brad：他(tā)說的(de)沒錯。但 Cadence Sigrity X 采用(yòng)全新的(de)引擎， Clarity 3D Solver 也(yě)是近年全新打造，并不像其他(tā)工具那樣是上世紀 90 年代編寫的(de)老古董。Happy 的(de)話(huà)道理(lǐ)不假，但 Cadence 重新編寫了(le)自己的(de)工具，具備最新的(de)軟件工程功能。
總體而言，人(rén)工智能将是助力工程設計的(de)強大(dà)工具。Cadence Optimality Intelligent System Explorer 使用(yòng)人(rén)工智能和(hé)機器學習(xí)技術 (AI/ML) 來(lái)自動指導優化(huà)，使電子系統的(de)多(duō)學科分(fēn)析和(hé)優化(huà) (MDAO) 得(de)以實現。
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