為了進一步加速5G無線通訊的創新,Cadence已於日前宣布對AWR和Integrand兩家公司的收購。這是Cadence近來致力於推動「智慧系統設計」策略的另一項重要進展。

透過納入兩家公司獨特的RF設計解決方案,不僅能與我們的既有產品互補,更使Cadence建構了市場上最完善的產品組合,能充分滿足新一代5G無線電、汽車雷達,以及其他RF產品的設計需求。

讓我們來瞭解AWR和Integrand的背景與技術,以及與Cadence結合帶來的綜效。

AWR概述

AWR是由休斯(Hughes)公司的微波工程師 Joe Pekarek於1994年成立的。他之所以成立AWR (Applied Wave Research),是因為對當時市場上的RF設計軟體感到不滿意,後來便自行開發一個早期版本,並與同事共同成立了這家公司。

簡單來說,AWR的工具是用來設計通訊系統(無線電和雷達)使用的前端電子元件。這些元件大多是採用GaAs和GaN等三五族材料的MMIC,以及RF/混合訊號PCB和多晶片模組(MCM)等。

Cadence, AWR portfolio

AWR產品組合

AWR的各項產品都可在AWR Design Environment平台上運作。它與矽晶IC設計工具(特別是數位晶片)非常不一樣,因為RF設計需要很多的互動工作,涉及專用的模型與分析,而且電晶體數量少(僅1~100個),受佈局的影響很大。

在AWR的多項產品中,Microwave Office為其旗艦產品,這是一款RF電路模擬器,可用來開發功率放大器、低雜訊放大器、濾波器、混頻器等前端元件。由於具備直覺式使用者介面、整合的原理圖擷取/佈局功能,並導入創新的設計輔助工具,因而在市場上獲得廣泛的採用。

隨著公司的成長,AWR於2011年被NI (國家儀器)收購,作為NI拓展RF/無線設計市場策略的一部分。到2018年,NI與Cadence展開策略合作,試圖為快速演進的5G通訊、IoT、航太等產業的晶片設計建立完整的開發與測試流程。第一項合作計畫便是把AWR的AXIEM軟體整合到Virtuoso RF環境中,也為此收購案的形成奠定了基礎。

AXIEM是一款矩量法(MoM)、3D平面電磁分析工具,可用來特徵化(S參數)被動結構和RF互連,現已整合到Microwave Office及Virtuoso RF之中。

此外,AWR還有另一項工具稱為VSS (Visual System Simulator),可根據RF和DSP模塊的行為模型來支援通訊/雷達的系統級開發,例如可用來測試5G訊號裝置。其他的專用工具還有 AntSyn,用於天線的合成與最佳化、5G/雷達庫等。

AWR既有的客戶群涵蓋航太、國防、通訊設備等產業。加入Cadence行列之後,將能夠進一步擴展其市場範圍,到更廣泛的系統業者。而就產品互補來看,AWR將幫助填補、建立和整合Cadence的RF /微波設計的產品組合,提供更全面的RF設計解決方案。

Integrand概述

Integrand至今已成立17年,所有的工程師與創辦人都是來自貝爾實驗室。雖然公司過去很少公開曝光,但因有許多的成功案例,在市場上享有不錯的聲譽。

Integrand專注於開發RF與高頻設計用的電磁(EM)分析工具,產品名為EMX (Electro Magnetic eXtraction)。事實上,Integrand已加入Cadence Connections計畫多年,其產品也已整合在Virtuoso環境中了。

在此要特別說明的是,Cadence已於去年推出支援EM分析的Clarity 3D Solver,但為何還需要收購Integrand的EMX呢?兩者的差別是,Clarity是一套真正的3D解決方案,基於有限元素分析法(FEM),可支援從封裝、電路板、連接器、佈線等完整的3D電磁分析。

然而,在晶片層級,堆疊與互連金屬繞線大多是XY方向,並利用垂直導孔連接到另一層的繞線。EMX可為流過這些繞線的電流建模,它將其稱為「平面3D」。相較於利用有限元素法的傳統2.5D求解器,EMX是採用積分方程式,或矩量法(MoM)來計算,能得到更高準確度的結果。

EMX採用的演算法稱為快速多極法(Fast Multipole Method,FMM),能高效地解出Maxwell方程式導出的大量矩陣,也能處理金屬堆疊中的電感、屏蔽、電容等。Integrand已有廣泛的客戶基礎,除了無線電之外,也有許多伺服器、記憶體業者採用。因為許多客戶是用EMX來設計微波範圍的高效能晶片,並不一定是RF晶片。

所以,我們可以總結說,EMX提供了求解Maxwell方程式的最佳準確度,而且透過其FMM演算法,可實現快速的EM模擬。而在易用性方面,除了已整合在Cadence工具中,使用者亦可用指令行的方式執行。

在把AWR與Integrand納入旗下後,現在Cadence已為5G通訊建構了更完整的解決方案,相關產品包括:Virtuoso RF、Spectre RF、Clarity 3D Solver、Sigrity、AWR Microwave Office/AXIEM,以及Integrand EMX。

在RF的世界中,實體設計至關重要,不僅需掌握RF/微波元件的細節,元件間的互動、鄰近區域的走線與導體表面也都需要納入考量。雖然設計RF元件,並達到第一次設計就成功,不是件簡單的事,但憑藉著Cadence的完備技術方案,我們相信,這是可以做到的!同時,Cadence也將持續強化技術組合,追求設計卓越,協助客戶實現高品質的設計結果,以迎接5G新世代商機!