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數據量在不斷增加，人們對速度的需求也越來越高，芯片如今要處理的工作量也是以前無法想象的。目前，在先進的通信系統中，比如汽車在線升級（OTA）、語音控制的智能電子產品、天氣監測或是疫情追蹤等領域，它們的系統組件被要求必須要保持高效且高速的數據傳輸，這樣負責存儲和處理大量數據的數據中心才能夠及時對數據進行處理并生成可靠見解。那么確保高質量數據傳輸的關鍵到底是什么？是信號完整性（SI）和電源完整性（PI）。本文將詳細介紹高速設計的需求、SI和PI的作用，以及確保有效SI和PI解決方案的三個關鍵要求。

SI和PI為何越來越難滿足？

信號完整性是指發送的信號能夠以正確的樣式呈現在接收器端，而電源完整性則是指驅動器和接收器中有足夠的電流來發送和接收信號。保持數據和電源“干凈”，同時最大限度地減少串擾、噪聲、抖動和符號間干擾（ISI），能有助于保證電路正確運行。在高性能系統（包括基于多晶粒架構的系統）中，封裝、基板、PCB和背板之間的互連都需要進行信號和電源完整性質量評估，否則會有發生故障的風險。理想情況下，可以通過流片前的分析來檢測出所有問題。但在設計芯片的實際項目中，如果等到點亮階段才發現SI和PI問題，就為時已晚了。如今數據速率越來越快，協議也越來越復雜，這使得符合SI和PI的設計要求也變得更為困難。以DDR存儲器為例，每一代產品的數據傳輸速率都在不斷提高，隨之出現了更新更復雜的均衡測量方法。DDR5就要求提供測試抖動靈敏度、電壓靈敏度、壓力眼圖測試和環回輸出時序等參數，以符合相關標準。要克服這些挑戰，就需要更智能、更自動化的芯片設計工具以及信號和電源完整性分析工具。例如，開發者可以使用信號和電源完整性工具來在早期仿真階段發現系統設計問題，從而將因SI和PI不足導致芯片缺陷的風險降至最低。

有效SI和PI解決方案的

三個關鍵要求

信號和電源完整性EDA解決方案有助于確保準確而完整地高速傳輸數據。在芯片開發者測試高速接口I/O時，或是PCB開發者在評估PCB上的通道能否既能保持數據完整又能高效傳輸數據時，這類解決方案都非常重要。在這兩類情況下，開發者都必須在確保信號質量的同時，還要在仿真期間解決數據速率提高而導致信號衰減引發的潛在問題。這些潛在問題可能包括：

因靠近相鄰線路而導致的串擾和ISI
因阻抗失配、占空比失真和非線性緩沖器引起的抖動而導致的反射和反饋
電源不理想而導致的電壓的電平反彈，進而在系統中產生的噪聲和抖動

信號和電源完整性解決方案要如何加快實現信號和電源完整性合規？在評估選項時，需要考慮以下三個要素：

該解決方案應提供一套完整的端到端SI和PI流程，以及具有硅精度的黃金仿真器，用于全面分析。
端到端流程應包括用于查看、探測和處理大量SI和PI仿真數據的分析環境。
此外，該解決方案還應擴展到日益普及的2.5D和3D多晶粒系統。

為應對高速設計中的SI和PI合規性挑戰，新思科技通過PrimeSim電路仿真系列提供了緊密集成的解決方案。新思科技的PrimeSim HSPICE仿真器作為業界精確電路仿真的黃金標準，可對信號和電源完整性進行協同評估。它可以準確地進行超低誤碼率測量，這對合規性至關重要。該解決方案可以對噪聲和抖動等非理想影響進行建模，計算時序預算中電源引起的抖動，從電源中提取與輸入數據無關的周期性噪聲，并加入各種抖動。新思科技的PrimeSim SPICE電路仿真器提供了一個GPU加速的大容量引擎，用于仿真具有布局后寄生效應的大規模系統，從而在全晶體管層面實現高效的最終驗證。整套PrimeSim解決方案還集成了新思科技的PrimeWave設計環境，后者可以為仿真設置和分析提供靈活而全面的支持。雖說確保高速設計中的信號和電源完整性頗具挑戰性，但如果有合適的EDA設計和分析工具，設計并生產符合標準的高性能芯片就不會那么費力了。

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