数据中心黄金CP，让数据传输速度拉满

数据量在不断增加，人们对速度的需求也越来越高，芯片如今要处理的工作量也是以前无法想象的。目前，在先进的通信系统中，比如汽车在线升级（OTA）、语音控制的智能电子产品、天气监测或是疫情追踪等领域，它们的系统组件被要求必须要保持高效且高速的数据传输，这样负责存储和处理大量数据的数据中心才能够及时对数据进行处理并生成可靠见解。

那么确保高质量数据传输的关键到底是什么？

是信号完整性（SI）和电源完整性（PI）。本文将详细介绍高速设计的需求、SI和PI的作用，以及确保有效SI和PI解决方案的三个关键要求。

SI和PI为何越来越难满足？

信号完整性是指发送的信号能够以正确的样式呈现在接收器端，而电源完整性则是指驱动器和接收器中有足够的电流来发送和接收信号。保持数据和电源“干净”，同时最大限度地减少串扰、噪声、抖动和符号间干扰（ISI），能有助于保证电路正确运行。

在高性能系统（包括基于多晶粒架构的系统）中，封装、基板、PCB和背板之间的互连都需要进行信号和电源完整性质量评估，否则会有发生故障的风险。理想情况下，可以通过流片前的分析来检测出所有问题。但在设计芯片的实际项目中，如果等到点亮阶段才发现SI和PI问题，就为时已晚了。

如今数据速率越来越快，协议也越来越复杂，这使得符合SI和PI的设计要求也变得更为困难。以DDR存储器为例，每一代产品的数据传输速率都在不断提高，随之出现了更新更复杂的均衡测量方法。DDR5就要求提供测试抖动灵敏度、电压灵敏度、压力眼图测试和环回输出时序等参数，以符合相关标准。

要克服这些挑战，就需要更智能、更自动化的芯片设计工具以及信号和电源完整性分析工具。例如，开发者可以使用信号和电源完整性工具来在早期仿真阶段发现系统设计问题，从而将因SI和PI不足导致芯片缺陷的风险降至最低。

有效SI和PI解决方案的三个关键要求

信号和电源完整性EDA解决方案有助于确保准确而完整地高速传输数据。在芯片开发者测试高速接口I/O时，或是PCB开发者在评估PCB上的通道能否既能保持数据完整又能高效传输数据时，这类解决方案都非常重要。在这两类情况下，开发者都必须在确保信号质量的同时，还要在仿真期间解决数据速率提高而导致信号衰减引发的潜在问题。这些潜在问题可能包括：

• 因靠近相邻线路而导致的串扰和ISI
• 因阻抗失配、占空比失真和非线性缓冲器引起的抖动而导致的反射和反馈
• 电源不理想而导致的电压的电平反弹，进而在系统中产生的噪声和抖动

信号和电源完整性解决方案要如何加快实现信号和电源完整性合规？在评估选项时，需要考虑以下三个要素：

• 该解决方案应提供一套完整的端到端SI和PI流程，以及具有硅精度的黄金仿真器，用于全面分析。
• 端到端流程应包括用于查看、探测和处理大量SI和PI仿真数据的分析环境。
• 此外，该解决方案还应扩展到日益普及的2.5D和3D多晶粒系统。

为应对高速设计中的SI和PI合规性挑战，新思科技通过PrimeSim™电路仿真系列提供了紧密集成的解决方案。新思科技的PrimeSim HSPICE®仿真器作为业界精确电路仿真的黄金标准，可对信号和电源完整性进行协同评估。它可以准确地进行超低误码率测量，这对合规性至关重要。

该解决方案可以对噪声和抖动等非理想影响进行建模，计算时序预算中电源引起的抖动，从电源中提取与输入数据无关的周期性噪声，并加入各种抖动。

新思科技的PrimeSim SPICE电路仿真器提供了一个GPU加速的大容量引擎，用于仿真具有布局后寄生效应的大规模系统，从而在全晶体管层面实现高效的最终验证。整套PrimeSim解决方案还集成了新思科技的PrimeWave™设计环境，后者可以为仿真设置和分析提供灵活而全面的支持。

虽说确保高速设计中的信号和电源完整性颇具挑战性，但如果有合适的EDA设计和分析工具，设计并生产符合标准的高性能芯片就不会那么费力了。