高速设计为什么越来越重要呢？

PCB是硬件产品非常关键的重要载体和支撑，在整个硬件开发中是至关重要的，而高速设计最主要的起源就是传输线理论，所以讲高速设计我们必须从PCB设计的角度去展开。

对于PCB设计可以这样理解，集成电路和芯片的集成度越来越高，系统也变得越来越小，硬件的设计也就趋于简单，更多的设计会嵌入到芯片、软件之中。所以硬件开发过程中的很多重点都是在PCB的实现和整个工程设计上面。

PCB设计又有一些射频、热的问题，包括高速、SI/PI的问题等等，这些问题在某种程度上我们可以总结成工程实现的问题，要把硬件做好，工程设计至关重要。

而高速设计为什么越来越重要呢？

因为速度变得越来越快了，越来越多的数据的传输、处理需要更高的带宽，更高的速度。我们也可以这么理解：是Big Data驱动高速接口协议演变加快。现在56G传输已经商用化了，112G的传输协议也即将完善。

提到中国高速设计不得不提一下华为，因为华为是中国最早开始从事专业高速设计的公司，华为高速互连设计的历史就是中国高速设计应用的起源。我95年加入华为，98年开始进行高速设计技术研究，当时主要以单板仿真为主。

那时的华为做了一个新的传输项目——662M，现在看来不值一提，但是在当时是没有人敢拍板这个下一代的传输产品到底做不做，基于华为在之前有一定的高速仿真分析和积累，我建议由互联部牵头成立一个项目组，当时代号叫“1011”，然后华为的每个产品线出几个工程师和代表参与我们的项目组，所以这也是一个跨团队的项目组，包括传输、无线、交换等等部门。

通过前期的有效工作，我们最终攻克了“1011”项目的各种难题，为什么当初很难，现在看起来简单了呢？

因为最开始首先面临连接器的问题，从高速电路的设计上来讲可供选择的芯片不多，都是进口的，唯一能做的就是无源设计这一块，一个是PCB，一个是连接器。

在无缘这一块，当时的连接器也不像现在这么高速、专业、有好的保护措施等等。当时完全是针脚式、阵列式的。所以这个时候连接器的选择非常关键。

经过严格的挑选，从阻抗、控制等参数考虑，我们选择了Ampleon，然后就要考虑电信号、如何有效分配等问题。

那么电地管脚又如何有效分配呢？如果我们做的很饱和，把每一对差分对都包上地、针脚。这个板就需要很多连接器，会做的很大，像这种方案肯定会被否定的。这时候就面临选购和连接器适应的信号地。

另外一个很关键的就是PCB。在原来，我们还没有阻抗控制的说法，通过和友商、生产线的通力合作才最终克服各种难题。

终于在1999年，622M高速背板才最终设计成功。

“1011”项目成功后，华为才建立了专门的高速背板项目组，启动了华为的高速实验室建设，并在2000年正式成立了SI研究部，正式把高速仿真设计嵌入到华为的硬件开发流程里。

后来在连接器的基础上，华为又开始了封装的选型与管脚优化。

当时海思的前身叫ASIC(超大规模集成电路)设计部门，那时候他们做封装是比较随便的，有时过度设计就选大封装，后来通过高速设计的有效控制，一是降低了芯片的成本，二也保证了芯片的性能。

所以要讲中国高速设计历程，还是离不开华为的。

在高速设计发展的过程中，我们也与外界做了很多交流，比如当时的江南计算技术研究所做超算非常厉害。那时候他们也没有高速仿真，而是采用工程设计规范，因为是国家项目，所以可以不计成本，他们在前期进了大量充分的测试和实验，然后制定非常严格的设计规范化标准，最后才开始整机的设计和制造。

但是我们做商业化产品不可以这样，因为成本太高，周期太长。幸运的是当时与江南计算技术研究所的合作给华为提供了许多支持。

后来随着不断发展， 我认为华为现在已经是国内最先进的高速设计公司了。像19年华为有一个十大发明，其中排名第二的技术叫全光交叉的互联系统，速度高达1PB，等于1000个TB。可见这项技术的厉害，当然这个技术的成功离不开华为在高速设计上的积累。

再跟大家分享一个学习和进步的途径。

最早我们做单板仿真用IBIS模型居多，随着国内在高速仿真上的一些积累和应用，慢慢对高速需求越来越多。

于是在各方的努力下，IBIS峰会于2005年进入中国。会议的目的主要是对IBIS和互连模型技术进行研讨，欢迎所有的IBIS和互连建模技术人员以及EDA厂商和电子电路设计人员参加。大家有机会的话都可以去参加，华为也进入了IBIS的委员会，相信会对国内高速设计发展起到很大帮助作用。

再跟大家分享一下高速设计应用的关键点。

首先是人才的问题，我们的人才需要具备哪些能力。

1、首先要具备电磁场传输线理论基础，否则无法理解高速设计中的一些理念；

2、要理解各种高速标准协议；

3、理解硬件系统/芯片产品体系架构；

4、理解PCB/封装/芯片设计与工艺，否则制定的规则是无法落地的；

5、具备EDA工具的应用能力。

所以说培养一个战略性高素质人才是比较困难的，当时我们开始做高速设计的时候也面临很多困难，好的知识和书籍比较少，国内没有译本，只有美国有。

于是我们就去了美国，当时也没有信用卡，就拿着100美金的大钞去买一书——《HIGH-SPEED DIGITAL DESIGN》，等了三个小时才给我们把零钱找开。

后来这本书回到了华为，盖上了华为常用书的图章，并扫成了PDF，逐渐流传到国内各大网站和论坛中，很多早期从事高速设计的工程师应该都见过，上面有华为的印章。

再看一下仿真与测试验证这两个应用的关键点。

首先要明确一点，仿真不可能与真实的结果一抹一样，所以仿真的精度够用就好，能满足我们的设计要求就可以，不要无限追求精度，要记住我们仿真的目的是什么。

另外，仿真与测试要验证，要闭环。通过不断的仿真测试、循环闭环来发现我们设计的问题和缺陷，提高我们的水平，测试、验证是非常关键的因素。

同时，在高速设计中，测试也是建模的重要手段，精通测试也可以成为专业人才。然而做高速测试并不简单，须知高速实验室的费用非常昂贵，比如一个67G的示波器就要两三百万，随便搭一些配套设备就要上千万。

所以，建立专业的高速实验室很有必要，可以为一些用不起建模平台的公司使用。像国家已经投了很多钱，在各个大城市建立ICBase，统一采购EDA公司的工具等等提供给小公司使用和开发，因为小公司肯定无法负担EDA工具和芯片工具的费用。

面对中美贸易战的不断加剧，我们还是很有必要去整合一些社会化的资源，去协同发展，才能避免被卡脖子。如果每个人都单打独斗肯定是PK不过美国科技企业且发展会很慢。

比如电巢科技就投资了一个上千万的开放实验室，这点非常好，希望国家政府和有能力的企业也将类似资源社会化。

以上主要是讲高速设计应用角度来讲的。接下来再跟大家分享一下关于高速软件开发的一些看法。

中国目前EDA的大环境是怎样的？

目前国内有1500人的EDA软件开发工程师，主要在外企。而本土EDA公司和研究单位工作的工程师只有300人左右。有一部分原因是因为国内高校以前没有EDA专业，但是随着中美贸易战程度的加深，国家已经开始在四所试点高校设EDA专业。目前为止，我们还是比较缺乏人才的。

另外EDA也是一个高投入的行业，像全球大的EDA开发公司，研发投入占销售额的40%以上，如Synopsys在2018近一年的研发投入约为10.8亿美元，Cadence在2018年的研发投入约为8.7亿美元。反观中国，本土最大的EDA龙头企业华大九天，过去十年间所投研发资金也只有几个亿，差距实在太大。

还有一个因素，EDA市场和消费电子等市场是不一样的，全球EDA市场基本很稳定，每年都是100亿美金，年复合增长率在6-8%。

其次缺乏好的生态环境，应该把好的一些硬件方法进行总结归纳，来提高我们的效率，解决我们日益复杂的设计要求，如果没有EDA设计的芯片客户、公司，又怎么能知道针对下一代EDA的开发需求呢。

同时也缺乏与先进设计应用/工艺相结合，PCB还好一点，在芯片领域的差距很大，目前国内最先进的就是中芯国际的4nm技术，台积电的7nm工艺华为目前也有了，但是今年台积电准备上5nm工艺的项目了，我们目前可能还没有规划，差了几代工艺。

还有一个盗版问题，因为EDA的投入大，产出长，如果客户买copy版的会很便宜，但是EDA公司没钱赚，他又怎么能走上一个良性循环发展的轨道上呢？

很久以前就有很多人问我，说你能不能牵头做一个EDA、PCB设计的公司啊。我说可以啊，但是中国目前没有这个环境，这么大的资金投入进去，因为盗版可能正版都没人用，我怎么养活这帮人呢？

不幸中的万幸是，中美贸易战让盗版问题出现了转机。已经不是我们想不想做的问题了，而是不做就死。

比如说现在所有EDA工艺都是被美国控制的，把对中国业务停掉以后，中国企业说那我不做EDA设计了，我也不做新产品开发了。这样的企业能活过一年，撑过两年，但是迟早要死的，因为你不会有新的东西出来。

中美贸易战也让EDA突然火了起来，很多人嚷着要做EDA。但是真正要做一个成功的商业化EDA，必须有政府大力支持，国家意志介入。包括现在一流的EDA公司，如Cadence在当时的美国复兴计划中的到了一千八百万美金的财政支持，更重要的是要有核心团队的坚持。

不要想着在这个行业里挣快钱，打个比方，我要做一个EDA规划方案，要想使其商业化成功，这个规划我可能要做十年时间！3-5年，可能只能出一个比较好的框架，有基本功能的东西。

再看看Cadence仅在layout上的工程师就要一百多人，平均每人就算只要十万美金的年薪，养一个这样的团队得花多少钱？

回到中国高速设计仿真的话题上来。

2002年我正式加入Cadence的研发团队，后来负责Cadence全球的PCB封装高速仿真软件开发。我比较骄傲的一点是，当时我们上海本土团队成功独立开发了PIR等一系列好产品，同时也做一些面向未来的技术研究。

后来2004年，Sigrity也在上海建立研发团队。

而本土仿真软件的开发主要是两家。

一家是Xpeedic（芯和半导体科技），他们主要提供一些连接建模、参数、通道分析等等产品和服务。

另外一家是无锡飞谱电子，主要侧重电磁场仿真技术。

所以在仿真领域，国内企业还是有一定基础的。

下面再跟大家讲一下高速设计仿真分析软件开发的关键点。

在高速设计仿真分析软件的开发中，最重要的是电磁场解析器。不论是Sigrity，还是芯和、飞谱电子，他们的起源就是有独特的电磁场解析技术。

常用的电磁场仿真技术有很多，如时域有限差分法（FDTD）、有限元法（FEM）、有限积分技术（FIT）等等。除了这些技术，还有一个很重要的是Mesh，因为我们要对目标对象进行分解，规则均匀的部分我们画大一点，越不规则、不连续的地方我们画细一点，这个Mesh划分也是非常关键的。

另外一个比较重要的就是电路仿真器，现在所有商用化的都是基于SPICE的，SPICE是一个开源的算法工具，所以电路仿真器的问题比较容易。因为电路比较好懂，把模型建出来，用电路一搭，用仿真一实验能跑的出来，能满足性能要求就可以了。

新的技术研究不是很多，但其中有一个LIM（latency insertion method ），主要是和大规模网络的损态的分析和电路分析，这是它的特色。

还有一个很重要的开发环节，即工具开发与应用验证。通常我们把一个原型做出来会各种验证，验证算法没问题我们会再去做工具的开发、流程的开发，这时就要考虑工具和应用的结合，包括流程的应用性、数据管理、仿真结果的处理等等，这些都是属于应用层的。

高速设计仿真分析软件开发主要就是从这些方面考虑。

现在国家和很多机构都在规划国产EDA，从互联设计的角度来讲，由于像Cadence等外企在国内都有研发团队，相对来说这么多年也储备了很多国内的人才，国内很多高校也培养出了一批很好的学生，国产EDA是一个很好的方向和机会。

最后，想和大家分享一下我对高速设计发展趋势的一些见解。

首先，很明显的趋势就是硬件芯片化、软件化，高速设计也是如此。

随着高速设计的速度越来越大，可以明显的看到从PCB板级为中心前移以封装/芯片设计为中心。Shift-left是ARM提出来的，通常我们的研发周期是先做架构设计，然后再做硬件，再做软件，然后作出验证，然后再做客户的早期试用再做量产。

随着技术的发展，可以让软件的开发和硬件同步，比如说我做一个SOC，一个系统开发之后，就可以做原型验证，这时候可以把我的软件加进来做DEBUG，来优化我的设计，我还可以利用硬件加速器去做仿真，包括软件的。

另外，7nm、3nm等工艺的需求驱动硬件集成度越来越高，台积电今年5nm已经准备商用，他们也已经开始了2、3nm的规划。

随着高速越来越大，硬件越来越小，所以设计方面一定要提前安排，在芯片设计前期统筹安排解决高速设计问题。

高速设计发展趋势二：混合仿真技术。

高速仿真我们从最开始SI和PI是分开做的，后面我们肯定要考虑SI加PI的混合仿真，就是Power-Aware SI。

我们可以先看一下，燧原科技今年会上市他的第一款人工智能学习芯片，“云燧T10”。这个芯片是14nm的，由FinFET工艺打造，总计141亿个晶体管，功耗220W...所以说，电和热也是我们必须要考虑的。

几年前，在Cadence的时候我规划了一个项目，叫热电路仿真，大家知道传统热仿真是结构、空气流道、环境温度的仿真，Cadence则是考虑把电路模型提取出来，这叫损态热仿真，然后与传统热仿真结合，来实现电热的系统仿真，所以今年他们发布了一个新的电热仿真产品，叫Thermal Solver，这也是混合仿真的一个趋势。

在2000年初期有一种方案，就是芯片公司提供一个数据包，里面有验证好的仿真模型、常用的图谱结构、设计规则，甚至包括PCB设计原理图、应用文档等等，客户拿到后很快就能开始硬件的设计，从而缩短自己的设计周期。

随着仿真工程的越来越大、越来越普遍，这时候我们就要考虑Batch Simulation——仿真平台、仿真自动化。我们可以看下这张图。

这是当时我在Cadence主推的，与展讯合作的。

大家知道展讯是做手机套件的公司，手机上也有很多高速信号，但是很多公司根本就没有手机设计能力，当时我们就帮他们建了一个高速仿真平台，通过平台把工具嵌进去，展讯的设计公司把layout做完，然后再上传到展讯的服务器，因为芯片是他们自己开发的，所以仿真参数的设定都是正确的，再自主完成相关的SI和PI的仿真，完成后再出一个定制化的仿真报告，再推送给他的设计公司，有问题就优化，没有问题就可以进入生产，这样就大大提升了仿真效率。

由于现在仿真规模越来越大，越来越难，所以我们以前用仿真软件都会多线程多核处理，后面还要支持分布式计算，现在我们要支持超算。刚才我们举的例子，飞谱电子和江南所做超算，他已经可以通过超算来提供服务了。

以上就是我对未来发展趋势的展望。