从EDA根基SPICE出发｜通用仿真平台，提供高精度的多物理场仿真能力

SPICE的诞生源于20世纪60年代末至70年代初加州大学伯克利分校的一个学生项目。最初，这个项目由教授罗纳德·罗勒（Ronald Rohrer）在“电路综合”课程中启动，并命名为CANCER（Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation）。后来，学生拉里·内格尔（Larry Nagel）对其进行了优化，并于1973年正式发布了改进版本，命名为SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）。

SPICE基于节点分析法和非线性方程求解算法，首次实现了对电路中模拟信号的精准仿真，为工程师提供一种高效的电路行为模拟方法。凭借着开源特性，SPICE迅速成为电子设计领域的标杆，为EDA（电子设计自动化）奠定了技术基础，也开启了芯片设计从实验验证向数字仿真的革命性转变，使现代集成电路设计成为可能。

作为第一个广泛应用的通用电路仿真工具，SPICE被称为EDA的起源和根基。通过支持模拟电路的功能验证、性能优化和故障分析，SPICE成为EDA工具链中最基础且关键的一环。

时至今日，随着More Than Moore技术的不断创新，芯片设计对仿真的要求也在不断提高。现代EDA SPICE工具已经从传统的电路仿真扩展到多物理场、射频和热仿真等高级功能，为复杂芯片设计提供了更加全面的支持。

中国芯片设计在这方面的需求更加迫切。由于受限于高端工艺制程的供应，中国芯片设计必须更多地从More Than Moore的角度寻求突破。因此，中国急需一款具备多物理场仿真能力，并能够对标国际一流工具（如HSPICE和Spectre）的高品质TRUE-SPICE产品。

巨霖科技扛起了这面大旗，通过USP高精度通用EDA平台，为行业提供了高速信号完整性仿真、板级低速信号批量仿真、通用电路设计和仿真解决方案，成功填补了国内EDA行业在该领域的空白。

在近日举办的ICCAD-Expo 2024上，我们有幸采访到了巨霖科技创始人兼董事长孙家鑫。他分享了对国产EDA行业及芯片设计前景的见解。

“巨霖没有去做谁的apple to apple的replacement，那是没意义的。”孙家鑫表示，巨霖科技工具的仿真能力对标国际一流水准，专注于面向行业前沿问题提供解决方案。“巨霖是致力于解决下一代技术问题的EDA公司，比如5G、6G所面临的挑战。目前，我们的产品已经在华为以及其他头部企业实现了大规模使用。”

聚焦高速信号完整性和系统设计优化，巨霖科技破解高性能芯片设计挑战

尽管中国是芯片设计大国，却并非强国，但在系统设计领域（如5G、6G）已走在世界前列。因此，巨霖聚焦于面向下一代技术的问题，例如超高速、高性能SerDes和DDR5的信号完整性分析，这是当前行业的空白领域。

SPICE工具的开发是跨学科的综合性挑战，涉及物理、电子、计算机、软件和数学算法等多个领域，需要从科学研究到技术工程再到市场需求的全链条整合。孙家鑫坦言，SPICE的开发周期极长，仅基础积累就需要十年以上的时间，这也是其研发难度高的原因之一。

据悉，TJSPICE是巨霖科技推出的高精度电路仿真引擎，旨在为中国半导体行业提供一款能够对标HSPICE和Spectre的“TRUE-SPICE”产品。作为SPICE技术的继承和创新，TJSPICE被客户评价为“亚洲和欧洲最好的SPICE引擎”，其产品精度已成为行业标杆。通过支持Verilog-AMS模型、紧凑型建模以及丰富的仿真功能，TJSPICE在信号完整性分析、IP验证和射频分析领域表现出色，能够满足从芯片设计到系统优化的多元需求。

TJSPICE提供了四大核心功能模块，包括支持多物理场仿真的Verilog-AMS建模、适用于高速电路设计的信号完整性分析、保障IP模块可靠性的IP验证功能，以及涵盖S参数分析和包络分析的丰富射频分析功能。它可广泛应用于如DDR5/6和高频射频模块的设计优化，解决了高端EDA工具在国内市场的技术空白，为芯片设计提供了更高效、更精准的仿真支持。

TJSPICE的精度优势，为巨霖科技奠定了基础。然而，仅仅具备电路仿真的高精度并不足以解决高速信号传输面临的全局挑战。为了进一步满足5G、6G等下一代技术场景的复杂需求，巨霖科技推出了SIDesigner——一款基于TJSPICE内核，专注于高速信号完整性（SI）分析的综合解决方案，提供从PCB级到芯片封装级的完整仿真能力，覆盖电路传输线建模、信号眼图分析、统计仿真和瞬态仿真等多项关键技术。

基于TRUE-SPICE引擎，SIDesigner提供Golden级别精度的仿真结果，与测量数据匹配误差极小。在DDR5统计眼图仿真方面，SIDesigner速率高达6.4Gbps，显著优于行业内同类工具。同时，SIDesigner集成了丰富的功能模块：包括PCIe 4/5、DDR4/5、CXL等多种串行和并行接口支持；兼容IBIS4、Verilog-AMS等模型，同时支持多物理场建模； 提供快速的低速SI后仿，提升仿真效率达10倍以上。

在谈到3D IC的时候，孙总指出了这些高性能芯片设计面临四大核心挑战：材料的可靠性、应力翘边、信号相关性和热管理问题。其中，材料的复杂互连结构可能因单点失效而导致整体系统失效；应力翘边会影响芯片的制造良率和性能一致性；高速信号传输中的干扰和失真问题直接威胁信号完整性；而高功耗带来的散热问题则对芯片的可靠运行提出了更高要求。而巨霖科技在这些关键领域都提供了重要技术支持，尤其是在信号完整性和材料可靠性方面，通过先进的仿真和优化技术，帮助客户解决高速信号传输和通信关联性问题，为AI和HPC芯片设计的效率和可靠性提供坚实保障。

国产EDA的破局之路：技术创新、价值锚定与市场牵引

国产EDA行业正在迎来一个至关重要的转折点。在全球半导体产业竞争加剧的背景下，EDA作为芯片设计和验证的核心工具，其技术水平直接决定了半导体行业的创新能力。然而，长期以来，EDA市场被几家国际巨头垄断，国内EDA行业虽发展迅速，但整体生态仍不够成熟，亟需从技术积累、产品竞争力和市场接受度等多方面实现突破。

从行业发展的视角来看，EDA的技术本质是服务于芯片设计、系统优化以及制造流程的全链条。国际巨头如Synopsys、Cadence和Mentor（现隶属于西门子）已构建了完整的工具链，涵盖逻辑综合、时序分析、信号完整性、热仿真等多个细分领域。这些巨头通过长时间的技术积累和跨领域并购，形成了极高的技术壁垒。而在中国，EDA行业则呈现出“百花齐放”的特点，企业在不同点工具领域探索各自的优势，但距离形成全链条的自主EDA生态仍有较大差距。

孙家鑫对此指出，“今天我们谈行业并购整合，还为时尚早。”他认为，国内EDA企业目前最重要的任务，是通过技术创新和深耕细分领域，在全球范围内打造出具备竞争力的代表性产品。例如，巨霖科技专注于信号完整性和高速仿真领域，通过Golden级别的精度解决了高速信号（如112Gbps、224Gbps）传输中的稳定性问题，并成功服务于5G、6G等前沿技术应用场景。

信号完整性并不是唯一的技术瓶颈。随着芯片设计复杂度的不断提高，行业还面临多重挑战：从工艺制程对仿真精度的极高要求，到光电融合和电源完整性（PI）问题的涌现，都需要EDA工具提供全新的技术支持。与此同时，随着Chiplet（小芯片）技术的发展，2.5D、3D封装成为提 升芯片性能的重要方向，这对EDA工具提出了更高的系统级协同设计要求。孙家鑫认为，在国内芯片制造先进制程受限的前提下，当国产芯片性能无法达到与5nm或3nm芯片匹敌时，可以从系统层面入手，比如采用2.5D、3D封装技术；但是在系统设计时，就不得不做出一些系统上的其他牺牲来达到产品的性能要求。而国产EDA的突破点就在于抓住这些技术趋势，巨霖科技能够做的，就是在112或者224个Gbps高速信号时，还能确保客户的系统稳定运行。

从市场需求的角度来看，中国的半导体行业在全球市场中具有独特的地位。一方面，国内IC设计公司的增速虽有所放缓，但庞大的市场需求为技术迭代提供了充足空间；另一方面，中美贸易摩擦加剧了技术封锁，也进一步凸显了国产EDA自主可控的重要性。孙家鑫表示，“国产EDA的核心任务，不是追求情怀，而是通过技术和产品解决方案真正为客户带来价值。因为产品是巨霖唯一的脊梁和尊严。”

展望未来，EDA行业正迎来几个重要的技术趋势。首先是5G、6G通信的持续发展，这要求EDA工具能够支持更高频率、更复杂的信号传输设计。其次是AI与HPC（高性能计算）对芯片架构提出的全新挑战，例如多物理场建模、热仿真和高性能接口设计等。最后，随着晶圆代工厂制程从先进制程向异构集成转移，EDA工具的协同能力将变得更加重要。国产EDA企业只有在这些领域集中突破，才能逐步缩小与国际巨头的差距。

写在最后

中美科技竞争，已经逐步从“意识形态冲突”演变为“民族之战”，中国必须坚持走自主发展的道路，尽管这条路充满困难，但最终目的是为了更好的生活，不受制于人。

孙家鑫在最后总结时提到，“现在的国产EDA，就像在战场上撕开了一个突破口，接下来需要通过市场需求牵引技术发展，找到属于自己的路径。”他的话不仅道出了巨霖科技的技术战略，也反映了国产EDA行业在全球化竞争中的长远目标。只有通过深耕技术、紧贴市场和自主创新，国产EDA才能真正迈向更高的舞台，助力中国半导体产业走向新高峰。