在IC設計中，電路仿真是指用數學方法來模擬電路的工作行為，是電路功能與性能驗證的最核心手段。自70年代電路仿真器被發明以來，一直是EDA領域的核心關鍵產品，更是EDA市場的兵家必爭之地。但因電路仿真的技術復雜，算法復雜度高，技術突破極其困難，市場一直都被國際EDA三巨頭公司牢牢占據。

近年來，隨著工藝的發展和設計復雜度的增加，IC電路規模越來越大，SPICE仿真工具遇到了前所未有的挑戰，也給本土EDA帶來了破局的機遇，領頭羊華大九天自2009年創立伊始就瞄準了電路仿真這顆“EDA皇冠上的珍珠”。立志要攻克電路仿真的核心技術，讓中國的仿真器能夠與國際巨頭同臺競爭。經過4-5年的技術積淀、團隊攻堅，華大九天初步奠定了自主仿真器的核心架構和技術引擎基礎。 2016年，華大九天創新地發明了智能矩陣求解技術（Smart Matrix Solver），一舉突破了超大規模電路仿真驗證性能和容量的瓶頸，相比市場主流產品取得了3倍以上的性能優勢。七年磨一劍，華大九天自主創新的仿真器Empyrean?ALPS終于破繭成蝶。

在半導體工藝發展到16nm/7nm之后，傳統的設計仿真驗證形態已無法滿足客戶的實際設計需求，華大九天再次提出基于GPU-CPU異構硬件系統開發新的SPICE算法。2018年華大九天正式推出業界首款異構并行仿真系統Empyrean ALPS-GT，基于大算力異構平臺和獨創的異構智能矩陣求解技術SMS-GT，極大地提升了電路仿真的性能，保持100% True SPICE精度，性能相比CPU架構的SPICE提升了10+倍。ALPS-GT的推出，解決了FastSPICE及引入FastSPICE技術的SPICE精度不夠，而傳統SPICE及并行SPICE性能和容量又不夠的問題。 華大九天的仿真器與國際巨頭仿真器相比到底性能如何？近日，國外著名媒體EDA論壇DeepChip發表了IC工程師親測的幾款主流仿真器性能對比，華大九天ALPS仿真器與知名EDA巨頭的FineSim/PrimeSim/Spectre-X對比，可達2.7-38.4倍提速！性能卓越，深受IC設計者喜愛！

實際上，華大九天ALPS仿真器已經連續數年榮登DeepChip論壇特定領域最佳仿真器的殊榮，DeepChip論壇的模擬IC設計工程師中有不少使用過ALPS的仿真器，他們對ALPS的表現都很滿意，DeepChip網站刊登了來自工程師們的反饋。 2022年DeepChip基于工程師們的反饋，將基于CPU-GPU平臺的異構仿真系統Empyrean ALPS-GT和Mentor AFS-XT、AFS 和Cadence Spectre APS進行對比的報告進行了匯總，工程師們的結論是：ALPS在保持相同精度的情況下，Empyrean ALPS-GT 相比Mentor AFS-XT 仿真器有1.5倍的提速效果、相比Mentor AFS仿真器有3倍的提速效果、相比Cadence Spectre APS仿真器有3倍的提速效果。即使在沒有使用GPU加速的情況下，ALPS仿真器在速度上仍然超越了CDNS/SNPS仿真器。

在保持精度的情況下：Empyrean ALPS相比Spectre系列的仿真器平均快了1.5-4倍。而相較于HSPICE仿真器則達到2倍的提速效果。也就是說ALPS在確保精度正確的情況下，顯然是這四款中最快的仿真器。 在模擬工程師所共同關注的仿真器領域，DeepChip特別轉載了一位業內資深IC設計者的來信。該博友這兩年一直高度關注DeepChip論壇中仿真器領域的博文。鑒于其在IC項目中的實際應用需求，和眾多DeepChip的忠實工程師博友一樣，特別希望能找到一款高性能的仿真工具，來加強設計迭代的效率、有效縮減設計周期。在研究了各類仿真器后，其在設計項目中應用并記錄了業內常用的幾款仿真器的使用效果。

其來信分享了在先進工藝下的工程經驗，也為論壇的其他工程師帶來一些最新的業內實例參考。 在基于5nm先進工藝設計的高速混合信號芯片設計中，通過比對，該博友最終選擇使用了ALPS仿真器。設計包括了高速分頻器模塊，仿真采用標準SPICE輸入/輸出。從幾款仿真器的實際應用中總體來看，ALPS精度正確，且對前仿和后仿都具有一定加速性能，特別是ALPS后仿真的容量也很可觀。例如在此款高速芯片的后仿真中，在保持“高”精度級別設置，沒有進行RC約簡的情況下， ALPS能得到相比Cadence Spectre-X的2.9倍提速，相比Synopsys FineSim得到12倍提速，相比Synopsys PrimeSim得到1.9倍提速，對比了仿真結果，Empyrean ALPS是唯一能在3小時內完成此款芯片后仿真的仿真器，顯然ALPS是以上所有仿真器中的最優選！這意味著設計師可以基于完全精確的RCC數據，每天開展至少超五次的電路設計迭代。

該博友表示，這樣的設計效率對IC從業者的工作非常有幫助！ 如果使用ALPS仿真器的GPU加速版本，這樣的效率提升還能再提升3倍！也就是說在保持后仿真精度的情況下，Empyrean ALPS GPU相比下表內Synopsys與Cadence的幾款仿真器有平均8.6-38.4倍的提速效果。 以下是在“高”精度的設置下，應用各仿真器的具體運行時間：

鑒于這樣仿真效率，該博友在工程上首選具備了卓越仿真效率的ALPS仿真器系列。其表示在5nm先進工藝的高速芯片后仿真中，在精度滿足的情況下，充分體驗到了ALPS的超群性能。由于ALPS的后仿真中性能優異，網表提取相對便捷，他表示會持續使用ALPS仿真器。 在另外一位博友的來信中，他反饋在5nm先進工藝的IC設計中，經過性能比對，最終選擇了華大九天ALPS系列仿真器用于項目設計。其選取一個大約包含1萬個晶體管器件、90萬個電阻以及60萬個電容的模塊作為參照電路。

仿真結果表明，在使用多線程并行仿真后，在相同的仿真精度的設置下，ALPS仿真器的速度是Cadence Spectre-X的2.7倍；是Synopsys PrimeSim的7.3倍；是Synopsys FineSim的12倍！總的來看ALPS在確保精度正確的情況下，較排名第二位的仿真器足有超一倍的速度提升！而Synopsys PrimeSim因仿真結果的誤差值，甚至沒有得到正確的仿真結果。?

所以該博友在日常工作中，通常使用ALPS及ALPS-GPU來對模擬電路進行仿真，其尤其稱贊到ALPS系列仿真器內置的“智能矩陣解算器”技術。在支持高效電路版圖后仿真的同時，也能適配不同電路設計類型以及不同的制造工藝節點，使工程師開展電路聯調變得高效與便捷。他認為ALPS以及ALPS-GPU仿真器是其模擬電路分析的最佳選擇，并且由于ALPS良好的平臺兼容性，可以在Cadence的整體模擬設計系統中無縫連接與切換。 該博友已經在大力向其公司的其他同事推薦ALPS和ALPS-GPU仿真器。本次來信也是將他自己的心得與體會向更多業內工程師朋友進行分享。 DeepChip論壇是國際知名的EDA工具開發/使用線上交流論壇，至今已擁有近30年的歷史。包括IBM, Apple，TI，三星，華為等在內的諸多國際著名半導體企業都是DeepChip論壇的資深企業會員，并定期為其投稿。

在2017年，DeepChip論壇共上線了約120篇技術文章，平均每篇文章擁有約22000次閱讀次數，在業界持續發揮影響力。 華大九天ALPS仿真器曾連續三年被該論壇評為“全球最佳電路仿真產品”，早在2018年的DAC 會議上，華大九天電路仿真器ALPS就被《DeepChip》評選為 “Best of 2018”，這是我國自主研發的電路仿真器第一次站上了世界舞臺的中央。《DeepChip》主編John Cooley在評論中寫道：SPICE領域的戰爭已沉寂多年，Cadence一直是這個市場的主力軍……,直到2018年一個重大的轉折出現，華大九天的ALPS產品成為眾多用戶心中的最佳仿真器。 在隨后的2019年和2020年，華大九天仿真器ALPS和ALPS-GT再接再厲，連續獲得《DeepChip》2019和2020年度仿真領域全球最佳，成為我國唯一一家獲此殊榮的EDA提供商。 在國內，華大九天仿真器也獲得各種好評，入獲《2022年工業軟件優秀產品名單》詳見： https://www.miit.gov.cn/jgsj/xxjsfzs/xxgk/art/2023/art_2fe99f4944c04e4683a6dfbe4ef09062.html 近幾年，隨著國家和資本的支持，本土EDA蓬勃發展，相信不久的將來，本土EDA將異軍突起，成為助力本土半導體騰飛的主力！

編輯：黃飛

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