使用SpectreX-GPU加速大规模高精度模拟电路的仿真验证
电子技术应用
张朝霖1，黄诗琦2，刘欢艳2
1.紫光展锐（上海）科技股份有限公司；2.上海楷登电子科技有限公司
摘要： 随着半导体先进工艺的发展，集成电路规模、复杂度不断增加，给电路仿真验证带来了极大的挑战。利用SpectreX-GPU加速电路仿真，极大地提升了先进工艺大规模高精度复杂电路的仿真验证效率，突破了该类设计的仿真验证瓶颈。SpectreX-GPU是Cadence Spectre平台一款新的全精度SPICE仿真引擎，将传统的基于CPU的电路仿真工具拓展至更大算力的CPU-GPU异构计算中，结合了GPU强大的并行计算能力与CPU的复杂运算能力，实现两种计算能力之间的高效调度和平衡，同时保持SpectreX仿真器的准确性。针对本公司不同类型的实际电路，利用SpectreX-GPU 仿真引擎和GPU进行仿真，与基于CPU的SpectreX相比，在不影响仿真精度的前提下，显著缩短了仿真时间，提高了验证效率和覆盖范围，帮助工程师在保证设计质量的前提下进一步缩短设计周期。
中圖分類號：TN402 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.250801
中文引用格式： 張朝霖，黃詩琦，劉歡艷. 使用SpectreX-GPU加速大規模高精度模擬電路的仿真驗證[J]. 電子技術應用，2025，51(8)：7-10.
英文引用格式： Zhang Chaolin，Huang Shiqi，Liu Huanyan. Accelerating simulation verification for high-precision large-scale analog design circuit using SpectreX-GPU simulator engine[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(8)：7-10.
中文引用格式： 張朝霖，黃詩琦，劉歡艷. 使用SpectreX-GPU加速大規模高精度模擬電路的仿真驗證[J]. 電子技術應用，2025，51(8)：7-10.
英文引用格式： Zhang Chaolin，Huang Shiqi，Liu Huanyan. Accelerating simulation verification for high-precision large-scale analog design circuit using SpectreX-GPU simulator engine[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(8)：7-10.
Accelerating simulation verification for high-precision large-scale analog design circuit using SpectreX-GPU simulator engine
Zhang Chaolin1，Huang Shiqi2，Liu Huanyan2
1.Unisoc ；2.Cadence Design Systems， Inc.
Abstract： With the development of semiconductor advanced processes nodes, the scale and complexity of integrated circuit designs is increasing, which brings great challenges to circuit simulation and verification. Accelerating circuit simulation with SpectreX-GPU has greatly improved the verification efficiency of large-scale, high-precision and complex circuit with advanced process nodes and has broken through the bottleneck of simulation and verification. SpectreX-GPU is a new engine in Cadence Spectre family with true spice accuracy. SpectreX-GPU expands simulator’s computation capability on CPU-GPU heterogeneous computing, combining the huge parallel computation capabilities of GPU with the complex operations of CPU. That makes SpectreX-GPU get high performance and balance between two capabilities and keep high accuracy same as SpectreX simulation engine. This paper introduces using SpectreX-GPU to accelerate simulation and verification in different types of cases on GPU device. It helps designers shrink simulation time, improve verification efficiency and coverage without accuracy loss.
Key words : SpectreX-GPU；high-precision large-scale circuit；advanced processes nodes；accelerating simulation verification
引言
隨著先進制程工藝節點的突破性發展，集成電路規模與設計復雜度不斷攀升，特別是先進工藝后仿真中引入了更加復雜的器件模型、指數級增長的寄生參數以及大量需要簽核的工藝角。模擬電路仿真中龐大的矩陣求解，復雜的模型評估，解算過程中的多次迭代及高精度收斂標準，對仿真器的計算能力和準確性提出了極高的要求，傳統基于中央處理器（Central Processing Unit, CPU）的模擬電路仿真器面臨計算效率瓶頸。隨著圖形處理器（Graphics Processing Unit, GPU）的不斷發展，憑借其海量并行計算單元與高帶寬顯存架構使得矩陣運算變得更加高效，GPU加速技術逐漸成為突破這一困境、提高驗證效率的核心路徑之一。
本文一共列舉了3個先進工藝大規模后仿真的用例，在滿足精度的情況下，如何使用 SpectreX-GPU提高仿真驗證效率。
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作者信息：
張朝霖1，黃詩琦2，劉歡艷2
（1.紫光展銳（上海）科技股份有限公司，上海 201203；
2.上海楷登電子科技有限公司，上海 200120）
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