外媒刊发工程师实测 EDA 主流仿真器，华大九天 ALPS 仿真器性能惊人！
在 IC 设计中，电路仿真是指用数学方法来模拟电路的工作行为，是电路功能与性能验证的最核心手段。自 70 年代电路仿真器被发明以来，一直是 EDA 领域的核心关键产品，更是 EDA 市场的兵家必争之地。但因电路仿真的技术复杂，算法复杂度高，技术突破极其困难，市场一直都被国际 EDA 三巨头公司牢牢占据。
近年来，随着工艺的发展和设计复杂度的增加，IC 电路规模越来越大，SPICE 仿真工具遇到了前所未有的挑战，也给本土 EDA 带来了破局的机遇，领头羊华大九天自 2009 年创立伊始就瞄准了电路仿真这颗"EDA 皇冠上的珍珠"。立志要攻克电路仿真的核心技术，让中国的仿真器能够与国际巨头同台竞争。经过 4-5 年的技术积淀、团队攻坚，华大九天初步奠定了自主仿真器的核心架构和技术引擎基础。2016 年，华大九天创新地发明了智能矩阵求解技术 (Smart Matrix Solver), 一举突破了超大规模电路仿真验证性能和容量的瓶颈，相比市场主流产品取得了 3 倍以上的性能优势。七年磨一剑，华大九天自主创新的仿真器 Empyrean ALPS 终于破茧成蝶。在半导体工艺发展到 16nm / 7nm 之后，传统的设计仿真验证形态已无法满足客户的实际设计需求，华大九天再次提出基于 GPU-CPU 异构硬件系统开发新的 SPICE 算法。2018 年华大九天正式推出业界首款异构并行仿真系统 Empyrean ALPS-GT, 基于大算力异构平台和独创的异构智能矩阵求解技术 SMS-GT, 极大地提升了电路仿真的性能，保持 100% True SPICE 精度，性能相比 CPU 架构的 SPICE 提升了 10 + 倍。ALPS-GT 的推出，解决了 FastSPICE 及引入 FastSPICE 技术的 SPICE 精度不够，而传统 SPICE 及并行 SPICE 性能和容量又不够的问题。华大九天的仿真器与国际巨头仿真器相比到底性能如何? 近日，国外著名媒体 EDA 论坛 DeepChip 发表了 IC 工程师亲测的几款主流仿真器性能对比，华大九天 ALPS 仿真器与知名 EDA 巨头的 FineSim / PrimeSim / Spectre-X 对比，可达 2.7-38.4 倍提速! 性能卓越，深受 IC 设计者喜爱!
实际上，华大九天 ALPS 仿真器已经连续数年荣登 DeepChip 论坛特定领域最佳仿真器的殊荣，DeepChip 论坛的模拟 IC 设计工程师中有不少使用过 ALPS 的仿真器，他们对 ALPS 的表现都很满意，DeepChip 网站刊登了来自工程师们的反馈。
2022 年 DeepChip 基于工程师们的反馈，将基于 CPU-GPU 平台的异构仿真系统 Empyrean ALPS-GT 和 Mentor AFS-XT、AFS 和 Cadence Spectre APS 进行对比的报告进行了汇总，工程师们的结论是：ALPS 在保持相同精度的情况下，Empyrean ALPS-GT 相比 Mentor AFS-XT 仿真器有 1.5 倍的提速效果、相比 Mentor AFS 仿真器有 3 倍的提速效果、相比 Cadence Spectre APS 仿真器有 3 倍的提速效果。即使在没有使用 GPU 加速的情况下，ALPS 仿真器在速度上仍然超越了 CDNS / SNPS 仿真器。在保持精度的情况下：Empyrean ALPS 相比 Spectre 系列的仿真器平均快了 1.5-4 倍。而相较于 HSPICE 仿真器则达到 2 倍的提速效果。也就是说 ALPS 在确保精度正确的情况下，显然是这四款中最快的仿真器。
在模拟工程师所共同关注的仿真器领域，DeepChip 特别转载了一位业内资深 IC 设计者的来信。该博友这两年一直高度关注 DeepChip 论坛中仿真器领域的博文。鉴于其在 IC 项目中的实际应用需求，和众多 DeepChip 的忠实工程师博友一样，特别希望能找到一款高性能的仿真工具，来加强设计迭代的效率、有效缩减设计周期。在研究了各类仿真器后，其在设计项目中应用并记录了业内常用的几款仿真器的使用效果。其来信分享了在先进工艺下的工程经验，也为论坛的其他工程师带来一些最新的业内实例参考。在基于 5nm 先进工艺设计的高速混合信号芯片设计中，通过比对，该博友最终选择使用了 ALPS 仿真器。设计包括了高速分频器模块，仿真采用标准 SPICE 输入 / 输出。从几款仿真器的实际应用中总体来看，ALPS 精度正确，且对前仿和后仿都具有一定加速性能，特别是 ALPS 后仿真的容量也很可观。例如在此款高速芯片的后仿真中，在保持"高"精度级别设置，没有进行 RC 约简的情况下，ALPS 能得到相比 Cadence Spectre-X 的 2.9 倍提速，相比 Synopsys FineSim 得到 12 倍提速，相比 Synopsys PrimeSim 得到 1.9 倍提速，对比了仿真结果，Empyrean ALPS 是唯一能在 3 小时内完成此款芯片后仿真的仿真器，显然 ALPS 是以上所有仿真器中的最优选! 这意味着设计师可以基于完全精确的 RCC 数据，每天开展至少超五次的电路设计迭代。该博友表示，这样的设计效率对 IC 从业者的工作非常有帮助! 如果使用 ALPS 仿真器的 GPU 加速版本，这样的效率提升还能再提升 3 倍! 也就是说在保持后仿真精度的情况下，Empyrean ALPS GPU 相比下表内 Synopsys 与 Cadence 的几款仿真器有平均 8.6-38.4 倍的提速效果。以下是在"高"精度的设置下，应用各仿真器的具体运行时间:
鉴于这样仿真效率，该博友在工程上首选具备了卓越仿真效率的 ALPS 仿真器系列。其表示在 5nm 先进工艺的高速芯片后仿真中，在精度满足的情况下，充分体验到了 ALPS 的超群性能。由于 ALPS 的后仿真中性能优异，网表提取相对便捷，他表示会持续使用 ALPS 仿真器。
在另外一位博友的来信中，他反馈在 5nm 先进工艺的 IC 设计中，经过性能比对，最终选择了华大九天 ALPS 系列仿真器用于项目设计。其选取一个大约包含 1 万个晶体管器件、90 万个电阻以及 60 万个电容的模块作为参照电路。仿真结果表明，在使用多线程并行仿真后，在相同的仿真精度的设置下，ALPS 仿真器的速度是 Cadence Spectre-X 的 2.7 倍；是 Synopsys PrimeSim 的 7.3 倍；是 Synopsys FineSim 的 12 倍! 总的来看 ALPS 在确保精度正确的情况下，较排名第二位的仿真器足有超一倍的速度提升! 而 Synopsys PrimeSim 因仿真结果的误差值，甚至没有得到正确的仿真结果。
所以该博友在日常工作中，通常使用 ALPS 及 ALPS-GPU 来对模拟电路进行仿真，其尤其称赞到 ALPS 系列仿真器内置的"智能矩阵解算器"技术。在支持高效电路版图后仿真的同时，也能适配不同电路设计类型以及不同的制造工艺节点，使工程师开展电路联调变得高效与便捷。他认为 ALPS 以及 ALPS-GPU 仿真器是其模拟电路分析的最佳选择，并且由于 ALPS 良好的平台兼容性，可以在 Cadence 的整体模拟设计系统中无缝连接与切换。该博友已经在大力向其公司的其他同事推荐 ALPS 和 ALPS-GPU 仿真器。本次来信也是将他自己的心得与体会向更多业内工程师朋友进行分享。DeepChip 论坛是国际知名的 EDA 工具开发 / 使用线上交流论坛，至今已拥有近 30 年的历史。包括 IBM, Apple,TI, 三星，华为等在内的诸多国际著名半导体企业都是 DeepChip 论坛的资深企业会员，并定期为其投稿。在 2017 年，DeepChip 论坛共上线了约 120 篇技术文章，平均每篇文章拥有约 22000 次阅读次数，在业界持续发挥影响力。
华大九天 ALPS 仿真器曾连续三年被该论坛评为"全球最佳电路仿真产品"，早在 2018 年的 DAC 会议上，华大九天电路仿真器 ALPS 就被《DeepChip》评选为"Best of 2018"，这是我国自主研发的电路仿真器第一次站上了世界舞台的中央。《DeepChip》主编 John Cooley 在评论中写道：SPICE 领域的战争已沉寂多年，Cadence 一直是这个市场的主力军……, 直到 2018 年一个重大的转折出现，华大九天的 ALPS 产品成为众多用户心中的最佳仿真器。在随后的 2019 年和 2020 年，华大九天仿真器 ALPS 和 ALPS-GT 再接再厉，连续获得《DeepChip》2019 和 2020 年度仿真领域全球最佳，成为我国唯一一家获此殊荣的 EDA 提供商。在国内，华大九天仿真器也获得各种好评，入选《2022 年工业软件优秀产品名单》。
近几年，随着国家和资本的支持，本土 EDA 蓬勃发展，相信不久的将来，本土 EDA 将异军突起，成为助力本土半导体腾飞的主力!
