今年是Virtuoso上市25周年紀念,這大概是目前EDA市場上歷史最悠久的產品之一了。當然,隨著技術的進展,今天的Virtuoso已與原始產品有很大的不同,但它仍然扮演了類比設計的重要角色。多年來,Cadence持續推動Virtuoso的功能演進,為了因應新興的類比設計發展趨勢,Cadence宣佈推出新一代平台,透過多項新的增強功能,讓Virtuoso ADE(類比設計環境)能夠與時俱進,並朝下一個25年邁進。

類比設計趨勢的改變

近年來,類比設計需求有了極大的改變。過去,許多類比設計通常規模較小,而且大多採用成熟製程。這類晶片大多用在汽車和醫療等特定市場。然而,現在,汽車和醫療,以及新興的物聯網應用,需要更先進的運算功能,例如汽車的先進駕駛輔助(ADAS)系統,更是邁向無人駕駛汽車的重要基石。

這些趨勢已對類比設計帶來了顯著的影響。首先,它不再是小規模、單獨的設計,類比已逐漸成為混合訊號SoC的一部分,其中有大量的數位邏輯執行運算和訊號處理作業。這意味著,類比設計也需要移轉至更先進的製程節點,像是14/16nm FinFET或22nm FD-SOI。在這些製程中,進行高精密的類比設計在實際上並不可行,最好的方式是以較不精密的解決方案來進行類比設計,並透過增加許多的數位電路來修正和調整,以便能將矽晶的變異性列入考量。

因此,類比驗證的一大改變是,它不再是驗證單獨的類比模塊,類比驗證需要成為大型混合訊號SoC的一部分。同時,更大的改變是,這些設計是關鍵電子系統的一部分,而且可能攸關使用者的性命。驗證這些產品與一般的消費性裝置非常不同。舉例來說,雖然手機當機會讓使用者很不高興,但若是汽車的防鎖煞車系統或病人的心律調整器當機了,事情可就嚴重了。

類比設計驗證的可追溯性

隨著這類關鍵系統的電子元件比例越來越高,因此業界定義了許多新標準,並要求這些裝置需通過驗證與測試。在汽車領域,ISO 26262是功能性安全標準。在工業領域,則是IEC 61508,在醫療產業,則有IEC 60601和IEC 62304標準。此外,在不同國家,醫療電子系統還有不同的規範需求,例如美國的FDA、歐洲的EMA、以及中國的CFDA等,更增加了驗證需求的複雜度。

這些可靠性標準有許多共通之處。特別是,他們需要透過驗證測試來滿足其可追溯性需求,並利用變更管理來處理不可避免的規格變更。此外,在正常運作期間,晶片還需要能偵測失效,並以不會對生命造成威脅的方式來處理。這些都意味著,不僅SoC中的數位部分,類比模塊的設計需求也要能夠被回溯。

有許多方式能執行類比與與數位電路間的交叉驗證。但最好的方式是維持類比電路並進行測試,但是讓它們能與數位電路一樣地具備回溯性。為了實現這個目標,新一代Virtuoso平台特別提供了先進的類比驗證工具,包括Virtuoso ADE Explorer、Virtuoso ADE Assembler、以及Virtuoso ADE Verifier,協助客戶確保其最新的混合訊號晶片能夠符合新興的規範與標準。

Virtuoso ADE Explorer能協助設計人員快速進入分析流程,並能支援執行Monte Carlo統計、通過/失效分析,以及能利用Cadence Spectre Circuit Simulator即時進行調整。此外,新增的「波形汽球」(“waveform balloons”)能放置在原理圖上,讓設計人員監測訊號的傳輸情況。如果不符合要求,可以立即停止模擬,並重新調整設計。

Virtuoso ADE Assembler是互動式的多重測試平台環境,可協助工程師在不同的製程─電壓─溫度(PVT)組合條件下分析設計,並提供基於GUI的驗證計畫,因此設計人員能輕鬆地建立條件與相依性模擬。

Virtuoso ADE Verifier則是Virtuoso第一次納入電路驗證環境,並提供回歸分析功能,可將大型的驗證工作整合在一起。它能夠在單一位置管理所有驗證分析結果的狀態,因此團隊中的不同成員,包括電路架構師、設計經理、以及專案負責人能夠隨時得知每個類比設計的完整驗證狀態。由於Virtuoso ADE Verifier已整合在Virtuoso架構中,因此最新的測試結果能夠隨時掌握。現在,可在單一位置完成類比設計的所有ISO規範認證作業。。

另一方面,隨著設計規模的日益增加,新的Virtuoso佈局套件也進行了效能升級,包括能在大型佈局上提供10倍到100倍的加速縮放、平移、拖放與繪製效能,以及新的結構化元件級(device-level)繞線功能,最高可增加50%的繞線生產力。透過全面的功能增強,新一代的Virtuoso平台以使用性、效能與創新技術重新定義了類比設計。