Cadence Design Systems Vollständige elektrisch-thermische Co-Simulation

Cadence stellt mit dem Celsius Thermal Solver die erste vollständige elektrisch-thermische Co-Simulationslösung zur Systemanalyse vor.
Cadence stellt mit dem Celsius Thermal Solver die erste vollständige elektrisch-thermische Co-Simulationslösung zur Systemanalyse vor.

Cadence Design Systems erweitert seine Systemanalyse-Tools und mit dem Cadence Celsius Thermal Solver das zweite Tool auf Systemebene vor. Im April dieses Jahres kam mit Clarity 3D Solver, ein Tool zur elektromagnetischen Feldberechnung, das erste System-Level-Tool von Cadence auf den Markt.

Laut Jerry Zhao, Proudct Management Director for System Analysis Tools bei Cadence, handelt es sich be idem Celsius Thermal Solver um das industrieweit erste Tool, das eine vollständige elektrisch-thermische Co-Simulation für alle Domänen der Elektronik von den integrierten Schaltkreisen bis hin zum mechanischen Gehäuse (Chassis), ermöglicht.

Wie bei Clarity 3D Solver auch nutzt Cadence die bereits mehrfach bewährte, massiv parallele Architektur, die entweder über eine Cloud-Anbindung oder in eigenen Rechenzentren genutzt werden kann. Zhao: »Damit ist eine um den Faktor 10 höhere Rechenleistung möglich, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Außerdem sind damit die Kapazitäten nahezu unbegrenzt.« Der Celsius Thermal Solver ist nahtlos in die IC-, Package- und PCB-Implementierungsplattformen von Cadence integriert. Dies ermöglicht neue Systemanalyse- und Design-Einblicke und erlaubt den Elektronik-Entwicklungsteams das frühzeitige Erkennen und die Korrektur von thermischen Problemen im Design-Prozess - wodurch sich Design-Iterationen reduzieren lassen.

Unternehmen, die integrierte Schaltkreise und elektronische Systeme entwickeln, stehen enormen thermischen Herausforderungen gegenüber, besonders wenn sie sich mit 3D-IC-Packaging befassen. Dadurch können späte Änderungen im Design und Iterationen erforderlich werden und Projekte aus dem Zeitplan laufen. Da die Elektronikindustrie immer kleinere, schnellere, intelligentere und komplexere Produkte mit einer höheren Leistungsdichte auf den Markt bringt, müssen zeitraubende transiente thermische Analyseverfahren zusammen mit konventionellen statischen Analysen durchgeführt werden, um verschiedene Leistungsprofile und die erhöhte Wärmeentwicklung adressieren zu können. Dieser Prozess wird noch komplexer, da für konventionelle Simulatoren die zu modellierende Elektronik und Gehäuse deutlich vereinfacht werden müssen, was wiederum eine reduzierte Genauigkeit zur Folge hat.

Der Celsius Thermal Solver nutzt eine innovative Technologie zur Bearbeitung kombinierter Aufgabenstellungen (Multiphysik), um diese Herausforderungen adressieren zu können. Durch die Kombination der Finite-Elemente-Analyse (FEA) für feste Strukturen mit einer numerischen Strömungssimulation (CFD) ermöglicht der Celsius Thermal Solver eine vollständige Systemanalyse mit einem einzigen Tool. Durch den Einsatz des Celsius Thermal Solver in Verbindung mit der Clarity 3D Solver, Voltus IC Power Integrity and Sigrity Technologie für Leiterplatten (PCB) und IC-Packaging können die Entwicklungsteams die elektrische und thermische Analyse kombinieren und sowohl den Stromfluss als auch die Wärmeentwicklung für eine genauere thermische Analyse auf Systemebene umfangreicher simulieren als mit bisherigen Tools. Außerdem kann der Celsius Thermal Solver sowohl statische (Steady-State) als auch dynamische (Transient) elektrisch-thermische Co-Simulationen auf Basis der tatsächlichen lokalen Leistungsverteilung in komplexen 3D-Strukturen durchführen, was Einblicke in das wirkliche Systemverhalten ermöglicht.

Der Celsius Thermal Solver ermöglicht den Elektronik-Designteams eine frühzeitige und gemeinsam durchführbare Analyse von thermischen und elektrischen Problemen. Damit lassen sich Design-Respins reduzieren und neue Analysen sowie Einblicke in das Design ermöglichen, die mit bestehenden Lösungen bisher nicht realisierbar waren. Außerdem kann der Celsius Thermal Solver große Systeme mit hoher Genauigkeit und hoher Auflösung für jedes zu untersuchende Objekt simulieren. Dies ist zudem die erste Lösung, die sowohl kleine Strukturen, wie ein IC mit seiner Leistungsverteilung zusammen mit großen Strukturen, wie das Chassis, modellieren kann.

Kunden, die bereits Erfahrungen mit dem neuen Tool machen konnten, äußerten sich positiv. Beispielsweise erklärt Goeran Jerke, Senior Project Manager EDA Research und Advance Development in der Automotive Electronics Division von Robert Bosch: »In der Automobilelektronik benötigen wir genaue elektrisch-thermische Simulationen, um erstklassige ASICs und System-in-Package-Komponenten für die Automobilindustrie entwickeln zu können. Der Cadence Celsius Thermal Solver ist voll in die Virtuoso-Plattform integriert und vereinfacht elektrisch-thermische Simulationen nicht nur, sondern macht diese für die Schaltungs-, Layout- und Package-Designer direkt zugänglich. Der Celsius Thermal Solver zeichnet sich durch kurze Durchlaufzeiten und genaue Ergebnisse aus. Wir können dadurch mehr Design-Varianten untersuchen und elektrisch-thermische Simulationen für Anwendungen nutzen, die bisher unerreichbar waren.« Und Vicki Mitchell, Vice President of Systems Engineering der Central Engineering Group von Arm, merkt an: »Fortschrittliche Packaging-Arten wie 3D-IC und Face-to-Face-Wafer-Bonding verbessern die Leistung von Elektroniksystemen von mobilen bis hin zu Hochleistungs-Rechenanwendungen. Jedoch bringen diese Technologien auch neue Design-Herausforderungen mit sich, und zwar durch die starke Kopplung von elektrischen und thermischen Effekten. Durch die Erweiterung des Systemanalyse-Portfolios von Cadence mit dem Celsius Thermal Solver können wir nun eine thermische und elektrische Co-Simulation in unseren Design Flows unterstützen und somit unsere Kunden Elektroniksysteme der nächsten Generation realisieren.«