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电路仿真与 SPICE 仿真

面向模拟、混合信号、存储器和显示电路的 SPICE 仿真软件:在设计需要时提供完整的晶体管级精度,在电路规模过大时提供 FastSPICE。

SPICE 仿真的作用

SPICE 仿真器计算什么

向 SPICE 仿真器提供网表及每个器件的紧凑模型,通常来自晶圆代工厂的 PDK。它可在偏置点、频率范围内或随时间逐步求解每个节点的电压和每个支路的电流。返回的结果是波形,而波形就是设计评审的依据。

晶体管级精度为何重要

数字门可抽象为一个延迟,但带隙基准、PLL 或数据转换器不能如此处理。它们是否满足要求取决于晶体管层面才存在的失调、噪声和偏置电流。因此,模拟签核仍依赖 SPICE 仿真,输入模型与求解器同样重要。

规模扩大后有何变化

SRAM 阵列或显示面板包含数百万个器件,在每个时间步求解每个器件已不切实际。因此,可将工作分配到多个核心,或对电路进行分区,使非活跃部分以更粗的时间步运行。SmartSpice 处理前者,SmartSpice Pro 处理后者。

根据当前问题选择工具

SmartSpice

并行 SPICE 仿真器,适用于必须依靠完整晶体管级结果进行签核的电路,可运行 HSPICE 和 Spectre 输入文件。

SmartSpice Pro

面向包含数百万个器件的 SRAM 和 TFT 显示电路的 FastSPICE,此时容量比完整求解每个器件更重要。

SmartView

查看和测量模拟、RF、数字和混合信号结果的波形,可在运行期间实时进行,也可在运行结束后进行。

基于 SmartSpice 引擎的辐射分析,涵盖单粒子效应和剂量率。

InVar

对模拟和混合信号设计进行 IR 压降、电迁移和热分析,范围从单个模块到全芯片。

SmartSpice 的一项功能

Circuit Rubberband

在电路运行时调整模型和实例参数,实时观察波形随每次更改而变化。

选择完整 SPICE 精度还是 FastSPICE 容量?

关键在于电路更能接受哪种约束:近似处理,还是自身规模。
两者读取相同的晶圆代工厂模型,因此选择工具无需重建流程。

完整 SPICE 精度

SmartSpice

当必须获得晶体管级结果时,请选择 SmartSpice:例如关键网络、精密模拟模块、定制数字逻辑或正在特征化的单元库。它提供 DC、AC、瞬态和噪声分析,并内置局部和全局优化。多种求解器和步进算法协同促进收敛,可处理包含超过 800 万个有源器件的电路。

FastSPICE 容量

SmartSpice Pro

当电路包含数百万个元件,且大部分重复出现时,如 SRAM 阵列或 TFT 面板,SmartSpice Pro 是合适的选择。活跃和非活跃分区以不同速率运行,精度可按分区设置。它支持直流工作点和瞬态分析,AC 和噪声分析仍由 SmartSpice 完成。

需要介于两者之间的方案?SmartSpice 的 HPP 模式可跨多个核心并行运行瞬态仿真,
实现快速模拟仿真性能,精度容差仍由您设定。

适用的电路类型

模拟与混合信号设计

针对带隙基准、PLL 和数据转换器的模拟电路仿真,以完整 SPICE 运行进行签核,并使用 Verilog-A 对周边行为模块建模。

SRAM 与存储器

存储器阵列与编译器特征化,单个工艺节点通常需要数万次工艺角运行。

TFT 与显示

基于 a-Si、poly-Si、有机及金属氧化物 TFT 模型的像素电路和完整面板,包括 Silvaco 的四端 TFT 模型。

抗辐射加固设计

利用晶圆代工厂自有模型分析单比特、多比特翻转和剂量率效应,并与 Silvaco 的工艺及器件仿真关联。

IR 压降与热签核

检查全芯片的电源压降与自热,在后端流程中足够早地发现问题,以便仍能修改设计。

接入 HSPICE 或 Spectre 流程

网表

SmartSpice 可加载 HSPICE 和 Spectre 输入文件,并支持其分析功能和结果格式。旧有 PSPICE 和 Berkeley SPICE 网表也可使用,使 SmartSpice 能与现有仿真器配合运行。

器件模型

晶圆代工厂提供的 HSPICE 和 Spectre 模型可直接加载至 SmartSpice 和 SmartSpice Pro,还可使用经过校准的 TFT、OTFT、SOI、HBT、FRAM 和 FinFET 工艺模型库。自定义模型可通过 Verilog-A 导入,涵盖 Verilog-AMS 2.3.1 的模拟功能。SmartSpice Pro 还支持 TMI。

Cadence ADE 与 Synopsys 工具

SmartSpice 可在 Cadence ADE 内以 Spectre 兼容模式运行,并读取 Synopsys 流程生成的 HSPICE 网表和模型。

结果与计算

通过 LSF 或 Sun Grid 提交任务,SmartSpice 可将蒙特卡洛和 .ALTER 运行分配至网络中的 CPU。SmartView 可打开结果,包括 FSDB、Spectre PSF、Touchstone 和 Liberty 数据。

实际 SPICE 仿真运行结果

十大半导体公司中已有 6 家使用 Silvaco EDA,因此您的团队不会是首个采用者。

客户案例研究

2018 年 8 月

客户案例研究:使用 SmartSpice 实现下一代低功耗存储系统

Mobile Semiconductor 将存储器编译器特征化迁移至 SmartSpice 和 SmartView。一个 22nm 节点需要 56,000 次 SPICE 运行,特征化时间改善了 50%,团队原有的控制文件和 .MEASURE 语句均可沿用。

发行说明 · PDF

2025 年 7 月

SmartSpice 2022 基线版本的十大新功能

从 5.0.3.R 升级至 5.2.0.R 引入了新求解器,最高可实现 25x 加速,还增加了改进的 GUI、内置文本编辑器、SmartSpice RF 和 Pro 更新,以及在 Cadence ADE 中更好的 Spectre 兼容性。SmartSpice 当前发布版本为 5.9.2.R。

发行说明 · PDF

2022 年 8 月

在 Silvaco 的对比运行中,5.0.3.R 用时 1,124 秒,而 4.44.3.R 用时 4,766 秒,内存使用量约为后者的九分之一。

应用说明 · PDF

2018 年 8 月

在一个版图后 45nm SRAM 上,HPP 配合 Jivaro 缩减和 Turbo 模式,将运行时间从约 90 小时缩短至 2.2 小时,功耗测量差异控制在 1% 以内。该笔记介绍版图前后工作的设置。

网络研讨会

2025 年 7 月

介绍四端 TFT 模型为何对显示背板重要,以及 Flex Modeling 如何在 SPICE 层面复现图像残留。

应用说明 · PDF

2022 年 8 月

SmartSpice SEU 模块

介绍单粒子翻转的来源、Messenger 电流模型如何表示粒子撞击,以及如何在 SmartSpice 中通过 .RAD 语句应用该模型。

评估产品或获取使用支持

评估 SmartSpice

请提供存在问题的电路:输入文件、晶圆代工厂模型,以及无法收敛的瞬态仿真,与 Silvaco 应用工程师共同讨论。

下载与文档

安装程序、发行说明和手册位于需要账户访问的 Silvaco 客户门户。SmartSpice、SmartView 和 Gateway 一同包含在 2025 基线版本的 IC Design 软件包中。

已在使用

提交支持请求,或获取许可和安装方面的帮助。

SPICE 仿真常见问题

什么是 SPICE 仿真?

SPICE 仿真根据网表和紧凑器件模型计算每个节点的电压及支路电流,从而预测电路行为。它可在直流工作点、频率范围内或随时间进行分析。模拟和混合信号签核仍依赖它,因为更高层次的抽象无法捕捉带隙基准的失调或 PLL 的抖动。

SPICE 在每个时间步求解每个器件,精度高,但限制了可运行的电路规模。FastSPICE 对电路进行分区,降低非活跃部分的仿真频率,以受控的精度代价换取容量。Silvaco 的 FastSPICE 引擎是 SmartSpice Pro,专为包含数百万个元件的存储器和显示电路打造。

取决于电路类型。SmartSpice 适用于精度决定结果的工作,SmartSpice Pro 适用于大型 SRAM 阵列和 TFT 面板,SmartSpice RadHard 用于辐射效应,InVar 用于 IR 压降和热分析。SmartView 是整个 SmartSpice 产品系列的波形查看器。

可以。SmartSpice 以 Spectre 兼容模式作为仿真器接入 Cadence ADE。在 Synopsys 流程中,通过格式实现衔接:HSPICE 输入文件和模型可加载至 SmartSpice,HSPICE 和 FSDB 波形可在 SmartView 中打开,现有配置保持不变。

SmartSpice 可读取 HSPICE、Spectre、PSPICE 和 Berkeley SPICE 网表,以及晶圆代工厂的 HSPICE 和 Spectre 模型,包括 BSIM3、BSIM4、BSIM6 和面向 FinFET 的 BSIM-CMG。Verilog-A 用于自定义和行为模型,SmartSpice Pro 还增加了 TMI 支持。在结果方面,SmartView 支持 SmartSpice 原始文件、HSPICE、Spectre PSF、FSDB、Touchstone 和 VCD。

粒子撞击或剂量率脉冲会注入电路原本未设计承受的电流。SmartSpice RadHard 将这些物理机制嵌入标准器件模型的编译版本,而非增加子电路。通过 .RAD 语句调用分析,使用现有晶圆代工厂模型运行,无需修改网表。

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网表的来源与返回位置 — Gateway 从原理图驱动 SmartSpice,Jivaro 缩减其仿真的版图后网表

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