不可避免的，設(shè)計(jì)與制造硅芯片是一個(gè)日益復(fù)雜、耗時(shí)且昂貴的過程。該過程中每一個(gè)步驟都需要做決策：在這個(gè)特定關(guān)頭該投入多少時(shí)間或預(yù)算，才能確保完成整個(gè)設(shè)計(jì)流程時(shí)，芯片能盡可能有效率地運(yùn)作并且避免代價(jià)高昂的錯(cuò)誤？

而若想要實(shí)現(xiàn)一次就成功的設(shè)計(jì)，精確的電磁（EM）仿真是關(guān)鍵步驟──這也是最耗費(fèi)時(shí)間的步驟，因此 Cadence 打造了 Clarity 3D Solver 工具，具備比傳統(tǒng) 3D 電磁場(chǎng)求解器快 10 倍的性能，可以確保復(fù)雜的 EM 挑戰(zhàn)被實(shí)時(shí)解決。

利用大規(guī)模分布式云端技術(shù)，以及平行化、編程優(yōu)化與革命性的網(wǎng)格生成軟件，Clarity 3D Solver 讓設(shè)計(jì)和執(zhí)行電磁仿真的流程比以往更快，并使任何潛在的破壞性EM干擾問題能在設(shè)計(jì)流程初期獲得紓解。

不過事實(shí)證明，只從系統(tǒng)本身解決可以移除的瓶頸是不夠的。盡管能極其快速地執(zhí)行個(gè)別仿真，但這并不代表能夠在流程結(jié)束時(shí)取得最佳優(yōu)化的設(shè)計(jì)。

與人工密切相關(guān)的問題

問題出在哪？問題在于這樣的設(shè)計(jì)流程還是大幅仰賴工程師自身的直覺與參與；每一次仿真的結(jié)果、判定與調(diào)整參數(shù)，都需要熟練的工程人員來操作。

而這終究會(huì)限制仿真可以被執(zhí)行的次數(shù)。試想一個(gè)擁有10項(xiàng)可控參數(shù)的設(shè)計(jì)仿真案例，且每項(xiàng)參數(shù)都有10種可能的數(shù)值；為了優(yōu)化此設(shè)計(jì)直到可以被改善的極限，我們需要仿真所有可能的情境，然后從每一項(xiàng)參數(shù)中判定出性能最佳的數(shù)值組合。

那么，10的10次方仿真次數(shù)，代表的是100億次模擬！

這可能得花幾十年時(shí)間才能完成，所以工程師會(huì)選擇他們認(rèn)為最接近優(yōu)化的數(shù)值，執(zhí)行幾次仿真；然后查看結(jié)果、進(jìn)行分析、調(diào)整參數(shù)值，并執(zhí)行更多仿真。

無可避免地，在多次反復(fù)迭代之后，他們會(huì)到達(dá)一個(gè)決策點(diǎn)：是要投入所有必要的時(shí)間與成本繼續(xù)進(jìn)一步優(yōu)化，還是宣告設(shè)計(jì)已經(jīng)優(yōu)化，然后前進(jìn)到生產(chǎn)步驟？毫無疑問，最終產(chǎn)品會(huì)運(yùn)作良好──盡管完美度或許不如以無限時(shí)間與精力執(zhí)行更多仿真之后所達(dá)到的那樣好。

人工智能改變一切

這就是使用 Cadence Optimality Intelligent System Explorer 智能系統(tǒng)引擎所能夠解決的問題。通過使用能夠進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的人工智能 (AI) 算法取代傳統(tǒng)優(yōu)化工作流程中的人工參與，我們最終能否實(shí)現(xiàn)真正的優(yōu)化設(shè)計(jì)？

答案是當(dāng)然可以！利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)——就像在Cadence JedAI （Joint Data and Analytics）平臺(tái)上所使用的——我們可以非常快速地建立機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）模型，以了解任何規(guī)模或復(fù)雜程度的系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的效果令人滿意，因?yàn)樗恍枰浅Ｃ芗挠?xùn)練；在每一次迭代中，Optimality Explorer 都會(huì)取得更多數(shù)據(jù)樣本，用以進(jìn)一步精煉并完善其算法的精確度。

其結(jié)果是一個(gè)更理想的設(shè)計(jì)，而且比任何人工操作在過去所宣稱的最佳化成果更快速、更高效率，風(fēng)險(xiǎn)更小。藉由Optimality Explorer可以在多個(gè)并行（concurrent）仿真中更快地做出決策，其客戶實(shí)現(xiàn)了以高于傳統(tǒng)人工方法10倍的速度完成設(shè)計(jì)，在某些情況下加速高達(dá)100倍，而且通常在20到50次迭代中即可得到滿意的結(jié)果。如此顯著地減少設(shè)計(jì)所需時(shí)間，意味著產(chǎn)品上市時(shí)程也能夠大幅縮短。

在某次測(cè)試中，人工設(shè)計(jì)工程師與Optimality Explorer比賽進(jìn)行一個(gè)復(fù)雜PCB設(shè)計(jì)；Optimality Explorer只經(jīng)過 34 次反復(fù)迭代就實(shí)現(xiàn)了明顯比人工設(shè)計(jì)性能更好的設(shè)計(jì)。

重點(diǎn)是，人類主導(dǎo)的仿真一次只能完成一個(gè)或者兩個(gè)，Optimality Explorer 卻能執(zhí)行、分析并重新執(zhí)行大規(guī)模平行仿真，中間幾乎沒有停頓——這在過去可能需要滿屋子的工程師才能做到。

Optimality Explorer 未來發(fā)展

Optimality Explorer已經(jīng)與 Clarity 3D Solver 以及 Cadence 高速信號(hào)與電源完整性（SI/PI）平臺(tái) Sigrity X 完全整合，藉由讓 Optimality Explorer 分擔(dān)系統(tǒng)級(jí) SI 與 PI 仿真分析任務(wù)，設(shè)計(jì)工程師能更快實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少重新設(shè)計(jì)的需要并加速整體上市時(shí)程。

Cadence 用戶利用 Optimality Explorer 引擎中的 Clarity 3D Solver 與 Sigrity X 已取得驚人成功，Cadence 現(xiàn)在正在努力集成其他產(chǎn)品──從 Celsius Thermal Solver 開始，該產(chǎn)品是業(yè)界首創(chuàng)完整電熱協(xié)同仿真解決方案，適用于從 IC 到實(shí)體封裝機(jī)殼的所有電子系統(tǒng)層級(jí)。

同樣的，這也是為了讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能把設(shè)計(jì)優(yōu)化交給 Optimality AI 算法，從而在設(shè)計(jì)流程初期更快地檢測(cè)與紓解散熱問題，顯著減少達(dá)到真正優(yōu)化所需的設(shè)計(jì)時(shí)間。

短期之內(nèi)，Cadence Fidelity CFD 計(jì)算流體力學(xué)產(chǎn)品也將集成到Optimality Explorer 中，讓真實(shí)世界物體的大規(guī)模平行化仿真能飛速達(dá)成優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且?guī)缀醪恍枰祟惛深A(yù)。

將 Fidelity CFD 導(dǎo)入 Optimality Explorer 對(duì)于汽車產(chǎn)業(yè)尤其具有龐大價(jià)值，汽車行業(yè)具有近乎無限的潛力，可以根據(jù)任意數(shù)量的參數(shù)對(duì)車輛進(jìn)行微調(diào)──從外部的空氣動(dòng)力學(xué)到內(nèi)裝的舒適度，以及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)效率等各種參數(shù)。

目前只是 Optimality Explorer 旅程的開端，自問世以來，我們已經(jīng)看到許多例證，展現(xiàn)其改變我們執(zhí)行系統(tǒng)分析的方式以及可以實(shí)現(xiàn)的效率的能力。這意味著 Cadence 最初的愿景──打造能確保從芯片到巨無霸噴射機(jī)等所有產(chǎn)品都能充分發(fā)揮性能的工具——只需要幾次優(yōu)化即可實(shí)現(xiàn)。