La combinación Ansys-Microsoft que permite el análisis electromagnético de diseños completos de chips

A medida que la conectividad inalámbrica continúa acelerándose, también lo hace la demanda de dispositivos electrónicos de alto rendimiento más pequeños, más rápidos y con mayor eficiencia energética, incluidos teléfonos celulares, computadoras y sistemas de radar complejos. En consecuencia, los tamaños de los dispositivos se están reduciendo a medida que crecen las expectativas de rendimiento para coincidir con las expectativas de los consumidores. Los circuitos integrados de radiofrecuencia (RFIC) son facilitadores clave del cambio del transceptor inalámbrico a una sola tecnología y, en última instancia, a una solución de sistema en un chip. Específicamente, los RFIC facilitan la integración de la mayoría de los componentes electrónicos en un solo chip que admite diseños más pequeños y de mayor eficiencia energética.

En este entorno, los fabricantes luchan por mantenerse al día. Esto se debe a que los RFIC funcionan a altas frecuencias, por lo que requieren un aislamiento de ruido preciso entre los bloques digitales y analógicos. El análisis de chips puede ser un desafío para los fabricantes de productos electrónicos sin una estrategia de prueba sólida. Ansys, en una asociación reciente con Microsoft, cambió esta narrativa al simular con precisión y éxito las propiedades eléctricas de los diseños RFIC completos para ayudar a los ingenieros a cumplir con los estrictos requisitos de rendimiento que se encuentran en estos diseños de chips más complejos.

En una entrevista reciente, Andy Chan, director de Azure Global Solutions Semiconductor/EDA/CAE en Microsoft, dice: “Con esta nueva herramienta disponible para los diseñadores de RF, los ayudará a mantenerse al día con la innovación que demanda el mercado”.

¿Qué tan significativo es este desarrollo? Anteriormente, debido a la complejidad computacional y las limitaciones de mallado, los ingenieros solo tenían dos opciones de simulación: simular un IC completo usando una herramienta con un nivel medio de precisión o simular un IC parcial con mayor precisión. Según el enfoque, solo podrían validar la actividad electromagnética al principio o al final del proceso de diseño, en aplicaciones de frecuencia más baja o más alta, respectivamente.

Ansys HFSS + Ansys Cloud Direct en Microsoft Azure = Análisis RFIC completo

El uso de la malla específica de IC automatizada de diseño Ansys HFSS en Ansys Cloud Direct en Microsoft Azure permitió a los ingenieros resolver completamente una malla convergente adaptativa (15 pases) para un RFIC completo (5,5 x 5,5 mm) a 5 GHz en menos de 30 horas. El modelo tiene 64 puertos distribuidos en todo el IC. Esto se logró utilizando 704 núcleos de cómputo (Intel® Xeon® Platinum 8168, Azure «HC44» VM), con un tiempo de resolución de malla inicial de una hora y 55 minutos con un tamaño de malla final de 23,5 M de tetraedro y 93 M de incógnitas. Además, el tiempo de solución del punto de malla final (punto de frecuencia de 5 GHz resuelto después del paso adaptativo 15) fue de dos horas y 19 minutos, y el tiempo total de malla adaptativa fue de 29 horas y 47 minutos.

El equipo aprovechó la potencia de supercomputación de la máquina virtual HC44 con EDR InfiniBand de 100 Gb/seg y las estructuras InfiniBand exclusivas de Azure de máquinas virtuales de la serie H para alojar la carga de trabajo en HFSS. La tecnología de Azure InfiniBand Fabrics se basa en árboles gordos que no bloquean con un diseño de bajo diámetro para latencias bajas constantes. Junto con SR-IOV (virtualización de E/S de raíz única), permite que Ansys use controladores OFED de Mellanox estándar como lo harían en un clúster de HPC sin sistema operativo.

Para analizar con éxito todo el chip, primero se requirió la capacidad avanzada de mallado y preparación de geometría en HFSS, lo que permitió que los algoritmos de malla adaptativa en el software manejaran de manera eficiente las estructuras de chip 3D en capas en el IC, lo que resultó en una malla final que capturó con precisión la física relevante. A partir de ahí, el problema se resolvió en la nube, lo que permitió al equipo aprovechar toda la RAM requerida en 16 nodos de cómputo de HC. Los equipos de I+D de Ansys Cloud Direct también se asociaron con los ingenieros de Microsoft Azure para garantizar que los clientes tuvieran una forma robusta y fácil de usar de acceder a toda esta potencia informática.

Un gran impulso para el desarrollo de chips

Al usar la interfaz gráfica de usuario simple de Ansys Cloud Direct, las empresas de todos los tamaños obtienen acceso a la capacidad similar a la supercomputación bajo demanda, independientemente de las máquinas y la región que elijan, con un aumento de rendimiento de las CPU Intel® Xeon® Platinum 8168 con AVX512 en la serie Azure HC. máquinas. En este entorno, los usuarios se benefician del acceso a pedido para la mayoría de los solucionadores de Ansys, incluidos: HFSS, Ansys Maxwell, Ansys SIwave, Ansys Mechanical, Ansys Fluent, Ansys LS-DYNA, Ansys Discovery y más.

Nuevamente, la gran noticia aquí es que los avances en la malla HFSS, junto con la computación en la nube a través de Azure, hacen posible analizar la actividad electromagnética de onda completa y extraer modelos acoplados para un RFIC completo. Para los fabricantes, esto podría significar evitar grandes errores, problemas o retrasos en los productos que, literalmente, podrían costarles millones. Ahora, esta solución permite a los ingenieros simular un RFIC completo utilizando la herramienta de mayor precisión posible.