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最轻大国重器 | 华大九天异构仿真系统：突破验证瓶颈实现超大规模电路仿真

2024-05-15 20:01

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

习近平总书记指出，国有企业特别是中央所属国有企业，一定要加强自主创新能力，研发和掌握更多的国之重器。中国电子作为以网信事业为核心主业的中央企业，始终坚持科技创新，成功突破一批关键核心技术，打造了一批“国之重器”。集团公司官微推出《最轻大国重器》融媒体报道，聚焦这些物理质量虽极轻微或遁于无形，却已在国家重大工程中发挥不可替代支撑作用的大国重器，解密其诞生始末、关键技术及应用成果，彰显中国电子的技术实力与央企担当。

EDA （Electric Design Automation，电子设计自动化）软件是指用于超大规模集成电路芯片的设计、制造、封装测试等产业环节的计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）软件工具。随着芯片复杂度的不断提升，基于先进工艺节点的集成电路可以达到上百亿个晶体管的规模，如此庞大且复杂的系统，必须依赖自动化工具来完成设计，EDA软件成为芯片设计制造、封装测试等过程的必要基础和关键辅助，更被誉为半导体行业“皇冠上的明珠”。

EDA软件中的电路仿真器自70年代被发明以来，一直是EDA领域的关键产品。为了确保电路工作正确，芯片设计工程师需要通过电路仿真器已编写的数学算法和半导体器件模型来模拟出电路的工作行为，再根据EDA软件给出的仿真结果不断优化电路设计。仿真环节使工程师不需要将电路真正制造出来去检查电路是否正确，节省了大量的时间和成本。

突破仿真验证瓶颈

在仿真赛道中跃上算力快车

2009年，华大九天创立伊始，虽已在模拟电路设计全流程EDA方面拥有一定技术和产品积累，但距离产品市场化应用还有距离。为了以“点”带“面”，形成特色产品的差异化竞争力，作为研发带头人，华大九天副总经理董森华及其产品市场团队基于对当前国际国内产品现状和用户痛点的敏感探查给出了一个审慎而自信的答案——电路仿真。

先进工艺时代，传统的电路仿真验证工具已经无法适应电路设计的发展要求，这成为设计流程的核心痛点。华大九天仿真产品研发团队抓住绝佳时机，推出电路仿真工具Empyrean ALPS®，极大地提升了超大规模集成电路的仿真验证效率，让长达数月之久的仿真任务在数周甚至几天内给出计算结果，切实保证了客户芯片项目研发周期和流片质量。

科技前沿永远不乏极致性能的追求者，越先进的芯片，越需要高性能EDA工具系统的支撑。创新算法让华大九天电路仿真器在全球市场拥有属于自己的一席之地，但数字经济蓬勃发展，持续对芯片设计及制造周期提出更高要求。以客户为本，营销团队常常向内部提出更严峻的挑战：

“在保证精度的前提下，还能更快吗？”

“客户要的不止是速度，还要算得准！”

“后仿规模太大，矩阵运算太‘吃’算力，快‘跑’ 不动了！”

如何为用户解决算力问题，让电路仿真工具继续高速“跑”下去。一个新的问题摆在了研发团队面前。研发团队意识到，传统的基于CPU架构的SPICE仿真器因为CPU本身算力和并发机制的制约，无法显著提高仿真性能，迫切需要一种全新的体系结构来打破算力墙。在对比了CPU、GPU、FPGA及自研硬件等多种不同的硬件载体间的算力差异后，研发团队尝试引入GPU。

根据GPU的架构特点，华大九天创新推出了基于CPU-GPU平台的异构仿真系统Empyrean ALPS-GT®，通过基于CPU-GPU异构系统的仿真加速技术创新，突破了电路仿真的性能和容量瓶颈，可支持数千万器件规模的电路仿真。

相比传统的基于CPU的电路仿真工具，异构仿真系统Empyrean ALPS-GT®性能进一步改善，极大地提升了超大规模电路的仿真验证效率，解决了先进工艺设计的仿真验证瓶颈，再度擦亮了华大九天仿真器这张中国自主EDA的“名片”。

沿摩尔定律探索更先进工艺

满足广泛需求扩展应用领域

在集成电路行业，我们总会提到“先进”，而在先进的工艺真正实现量产之前，EDA开发者往往需要超前布局，储备相关技术并与产业链上下游深度融合，以支撑芯片项目向更先进工艺平滑演进。

摩尔定律持续向前，优化与升级从未止步。近年来，芯片设计迎来了更加复杂的器件模型、指数级增长的寄生参数以及大量的需要签核的工艺角，大规模的电路仿真对模拟芯片的设计效率和质量的影响愈加关键。

华大九天电路仿真产品持续经历进入先进工艺时代的实践历练。2021年，华大九天电路仿真工具Empyrean ALPS成功通过三星半导体EDA工具认证流程SAFE™-QEDA，实现对其14纳米和8纳米工艺制程的支持，2023年，再获5纳米认证。

经过多年市场打磨，华大九天异构仿真系统Empyrean ALPS-GT®已发展成为业界领先产品，除已在包括电源管理类芯片和信号链芯片在内的模拟芯片和系统级芯片中广泛适用外，在平板显示电路、存储电路和射频电路的仿真领域得到进一步扩展，所支撑的芯片广泛应用于计算机、网络通讯、数据中心、照明、家用电器、智能家居、汽车电子，消费类电子等领域。

华大九天仿真产品系列解决方案曾先后获得“中国电子信息博览会创新奖”“中国集成电路创新联盟IC创新奖”“2022年工业软件优秀产品”等荣誉认证，2023年入选第六届数字中国“国有企业数字技术成果”榜单，2024年新晋入选2023年版中央企业科技创新成果产品手册。