本期我们想了解一下高速EDA工具的未来，所以采访了Mentor, a Siemens Business公司高速工具产品市场营销经理Todd Westerhoff。Todd探讨了高速PCB设计工具，以及推动整个EDA领域发展的诸多市场因素。他还详细介绍了Mentor正在采用的一种新方法——渐进式设计及分析。

 

Andy Shaughnessy：Todd，能否向我们介绍一下Mentor的高速工具，以及它对行业未来发展会起到的作用？

 

Todd Westerhoff：谢谢Andy。今年DesignCon研讨主题是“细节决定成败”。如果仔细分析阻碍设计项目的因素，通常不会是大家所预估的前沿技术问题，而是人们认为很简单却会对设计产生很大影响的细节。因为特别的关注，设计界对复杂情况非常在行，但往往会被原本很容易的细节绊倒。

大多数公司认为信号完整性（signal integrity ，简称SI）对于系统设计师来说太耗时或太复杂，因此会请专门的专家来进行分析，以使过程“更高效”。SI分析集中于设计周期结束阶段。良好的布局后验证可以在制造前发现问题，避免在样品上浪费金钱，但还是只能在设计结束后才能发现错误，这意味着必须放弃部分设计，重新布线。我们希望为系统设计者提供能够尽早发现并纠正这些错误的工具，以免对相关联的产品开发进度产生影响。

我们需要一类分析工具，它使系统设计者能够有效地评估权衡并做出设计决策，而不必请SI专家参与分析。不一定要像专家所做到的被称之为一阶分析的准确度，目标是更定性地审查设计。我们不需要在绝对的基础上计算系统裕度到毫伏和皮秒；只是找到相对的基础上如何影响信号质量和定时的因素。我们需要的是可以使系统设计者自己做出更明智决定的工具，因为SI专家的参与通常必须预先安排，但是评估设计权衡的需要是不变的。为系统设计师提供良好的一阶分析工具，意味着当SI专家审查时设计能处于更好的状况，有助于减少设计迭代。

 

Shaughnessy：你是说在布局过程中的后台运行分析吗？

 

Westerhoff：不一定。分析作为“检查点”过程更有益，尤其是在接口级别。在接口的一半上运行分析没有多大意义；最好在设计达到某种程度的完整性时，快速生成结果。在每个检查点之后，可继续改进设计并添加细节，逐渐提高预测系统运行裕度的准确性。

我们将此过程称为渐进式设计及分析，试图将分析与正常进行的设计方法相匹配。首先要弄清楚大的构架，然后在设计时不断增加细节，检查设计方法的每一步。

要使渐进式设计及分析正常进行，需要做到以下几点：

• 可重复的分析过程，为系统运行裕度生成数值指标；

• 为系统运行裕度建立的通过/失败阈值；

• 能够将设计细节和物理效果输入系统模型和从系统模型输出。

下面详述以上3点。

分析过程

首先，分析过程和结果必须是绝对可重复的。如果不能对同一个分析运行两次并得到相同的结果，那么就不是很好的仿真。在评估设计权衡时，需要确保仿真过程的稳定，否则不会对所做的设计决策有很大的信心。您需要该过程完全自动化，这样只需定义仿真参数，分析过程就可自行运行，并始终以相同的格式生成相同的结果。

通过/失败阈值

其次，需要定义良好的标准来判断设计是通过还是失败。系统运行裕度可以用毫伏、皮秒、分贝或其他形式来指定，但它必须是具体的、定义的和数值的，需要与分析过程实际产生的结果相匹配。这样，成功或失败就不会模棱两可，对于确定哪种设计方案可提供更多的裕度，也不会模棱两可。

可变建模精度

再次，当我们向系统互连模型中添加更多细节时，模型生成所需的时间更长，生成的仿真运行速度就会更慢。我们不需要在设计过程的早期就达到最终的精度，当只是粗略的设计时，它会减慢过程而不会增加很多价值。将模型细节与手头的任务相匹配可使过程更高效。同样重要的是，能够将设计细节和实际效果输入系统模型和从系统模型中输出，可以用数字量化其对系统裕度的影响。花大量时间优化那些影响微不足道的细节是没有意义的，而最重要的东西会随着设计而改变。在主动设计过程中，我们希望关注最重要的东西，并相应地优化设计。

渐进式的设计和分析意味着在开始时使用基本模型，并在设计过程中添加细节。随着设计的进行，模型中的细节含量也会增加。因为我们知道有些东西在任何给定的点上都无法建模，所以在我们的分析中有模棱两可之处，或者说“误差带”（一开始误差大，随之减小）。因此，在循环开始时稍微超过通过/失败阈值的分析可能会失败，并进行更详细的分析。重要的是我们要知道误差带有多大，这样我们就可以恰当地解释任何特定分析的结果。一般来说，我们将分析结果分为三类：

1. 绿色：即使考虑到模型中的误差带，设计仍有显著的正裕度。我们可以进行更准确的分析以获得更好的评估，但我们可能不需要这样做。工厂可能已经准备好进行生产了。

2. 红色：即使考虑误差带，设计也有显著的负裕度。很可能是设计被破坏了，需要做些改变。尽管我们可以进行更详细的评估，但最好还是找出设计的问题并加以解决。

3.黄色：正负裕度在误差范围内，所以我们不确定设计是否有效。需要更详细的分析来确定。

当分析结果为绿色或红色时，处理效率可提高。无论是哪种情况，对更详细分析的需要都被推迟了，同时设计工作可以继续进行。

这并不会消除SI专家完成在制造前执行完整布局后验证的环节，其目标是提高提交给SI专家进行验证的设计质量，从而减少设计更改。

 

Shaughnessy：你是说不应该由分析专家来完成SI分析？

 

Westerhoff：没错。以DDR4为例，让我们看看实际操作中会发生什么。很多公司根据控制器制造商的建议来布局DDR4设计，再把设计图交给芯片供应商审查。芯片供应商无法为客户希望通过的所有设计建立和运行详细的布局后验证，因此需要开发良好的设计“筛选”工具来发现常见问题。可以想象这种工具用10%的布局后全面分析去寻找95%的问题。这些筛选工作通常采取以下两种形式之一：

 

1.自动电气规则检查：这些检查超越了简单的物理规则检查，包括走线阻抗、返回路径导通孔的接近度等。芯片供应商为其特定的器件技术设定规则，允许他们完成与由经验丰富的设计师进行的相同筛选，但速度要快得多。

2. 首次订单模拟：设计数量和周转时间比供应商内部用于签名的方法更简单。例如，该过程用通用的数据处理模型来模拟数据网，计算每个信号质量的延迟和品质因素。这种传真可以快速运行，鉴定数据总线中信号之间的任何差异。

问题是，“如果芯片供应商已对客户提供审阅的设计进行了这种类型的筛选，为什么不将相同的过程直接交给客户自己完成呢”？这就是我们要做的事情。

我们已经提供了全面的电气设计规则检查，并且将根据一些芯片供应商采用的技术，推出一阶脉冲响应分析模式。根本不需要任何模拟模型。加载设计，设置分析参数，然后运行。可以在5分钟内得到仿真结果，从而有针对性地了解应该在设计中进行哪些更改（如果有的话）。

我们认为，如果一个工具能够满足最苛刻专家的需求，它将适用于所有人，但事实是这样的目标不可能实现。“专家”工具通常是针对非常具体的应用，用户将它们串在一起形成自己的分析流程。典型的系统设计者没有时间去学习另一个复杂的工具，更不用说多个工具组合在一起的方法。我们需要有重点的工具组合，可以使设计师快速完成基本分析，而不需要复杂的学习过程。

5年前，25G位串行链路是最困难的设计，需要公司中经验最丰富的人来完成。今天，我们正试图将涵盖数十种设计投入批量生产。专家正转向112千兆位的链路，忙着攻克这个难题。我认为真正的挑战是“一旦这些先进技术被验证可行，该如何应用”？

由于篇幅有限，本文节选刊登，更多内容可点击阅读原文在线阅读，本文发表于《PCB007中国线上杂志》11月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

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