0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

如何加速HBM仿真迭代优化?

jf_pJlTbmA9 来源:Cadence楷登PCB及封装资源中 作者:Cadence楷登PCB及封装 2023-11-29 16:13 次阅读

首发IEDN电子技术设计

近年来随着高性能计算需求的持续增长,HBM(High Bandwidth Memory,高带宽存储器)总线接口被应用到越来越多的芯片产品中,然而HBM的layout实现完全不同于传统的Package/PCB设计,其基于2.5D interposer的设计中,由于interposer各层厚度非常薄且信号线细,使得直流损耗、容性负载、容性/感性耦合等问题严重,给串扰和插损指标带来了非常大的挑战。

为应对这些挑战,传统上可以通过参数化建模进行大量例子扫描迭代仿真,来确定合适的方案。但由于HBM设计方案可变化的方式非常多,使得扫描仿真的工作量很大,同时大量的扫描仿真也对仿真计算资源和产品交付时间造成了很大的压力。

本篇文章将针对上述HBM设计挑战和传统仿真流程上的问题,提出相应的解决方案。

HBM仿真实例

HBM仿真设计的关键在于,确定合适的interposer出线类型。HBM的出线类型仿真确认流程在行业里有两种方式:

1)前仿真确认,即仿真工程师创建参数化的HBM出线类型仿真,通过仿真确认最佳出线类型,并反馈给layout工程师实现。相对来说效率较高,可尝试大量的出线类型进而选择更好的。这是一种主流的方式。

2)后仿真确认,即layout工程师做多种不同的设计用于仿真。相对来说效率较低,可尝试的出线类型数量有限,难以获得最佳值。本文将不做讨论。

wKgZomVdhHeARiXHAAA5EnHFx_8203.png

图1 HBM出线类型截面

上图1是4种简化的HBM出线类型截面示意图,这个设计方案中有5层金属层,其中褐色为信号,绿色为GND。从这4种出线类型中可以看到,信号和GND分布的位置是不同的,对应的性能也会有所不同。这些位置信息可以定义为变量信息,而位置的变化就是变量的取值,因此,需要进行扫描仿真来判断最佳位置。HBM的出线类型相关的变量可达十几种,比如:信号金属宽度/厚度、GND金属宽度、相对位置、介质厚度、纵向GND处理方式等。各种变量在不同的取值组合下,相应地、迭代的case数量会达到几百种甚至更多,这需要在前仿真中完成。因此,传统方法上获得一个较好的出线类型有很大工作量和仿真时间需求。

如何在有限的时间内,在仿真少数case的情况下,就找到较好的答案?

Cadence Optimality Intelligent System Explorer的AI算法在下图2的HBM仿真设计流程中替代了传统的遍历扫描,实现了AI智能参数化判别扫描,来加速迭代结果收敛。应用AI算法使得计算几十个例子所得的结果就能达到传统数百个参数化仿真迭代的效果。

wKgaomVdhHqAV7hQAACYuyq05RM708.png

图2 HBM仿真设计流程图

根据用户计划仿真的HBM出线类型和对应的变量,将其在Cadence Clarity 3D Workbench中创建出HBM 3D结构图,如下图3。注意:所有需要参与参数化仿真的结构都要定义为变量,比如:金属线宽度。

wKgZomVdhHyAT_eSAAWG2PZqNkc301.png

图3 HBM 3D结构

完成HBM 3D结构设计、仿真端口频率等设置后,在Optimality Explorer界面中勾选相关参与扫描的变量,并对变量取值范围进行定义。变量取值类型支持连接值、离散值、数组三种类型,如下图4。离散和数组类型是因为在生产中有些结构只有固定几种选项可以选择,比如:介质厚度、金属厚度。

wKgaomVdhIKAWs0KAABJli1dXp8097.png

图4参数扫描定义

完成变量参数定义后,接着定义相应端口的插损、串扰相关表达式及收敛目标函数,如下图5,以便用于AI仿真收敛。

wKgZomVdhIOAQgfmAABEobHnJgM472.png

图5定义收敛目标函数

下图6为仿真结果收敛记录图表。从图表上可以看到第29次的时候已经获得非常好的值,这时用户就可以停止本次仿真或者先用第29次的结果作下一步的仿真。Optimality Explorer支持多case并行仿真,以进一步减少仿真时间。

wKgaomVdhIaACySXAAFle4Ao1tQ272.png

图6收敛纪录图表

将优化完成的HBM出线类型对应的S参数在时域里验证,如果能满足要求,则将对应的参数传递给interposer layout工程师,并根据这些参数完成最终的HBM设计。最终,设计好的HBM layout导入Clarity 3D Solver中再次提取模型,并加载到Cadence Sigrity Topology Explorer(TopXP)中进行最后的时域眼图仿真,如下图7。

wKgZomVdhIiAY0HlAAGbqb04_6c606.jpg

图7时域链路

总结

本例中应用了Cadence公司的Optimality Explorer优化,其内嵌AI算法,并与Clarity 3D Solver的参数化仿真结合,帮助用户快速收敛结果。Optimality Explorer具有极强的样本有效性,只需较少地迭代次数,即可得到一个较好的结果。内部AI优化算法通过基于目标函数的前期评估结果建立替代函数(概率模型),来找到最小化目标函数的值。该AI算法与传统随机或网格搜索的不同之处在于,它在尝试下一组超参数时,会参考前期的评估结果,因此可以省去很多无用功,最终达到快速收敛的效果。

本文转载自:Cadence楷登PCB及封装资源中心

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 仿真
    +关注

    关注

    50

    文章

    4142

    浏览量

    134285
  • HBM
    HBM
    +关注

    关注

    0

    文章

    392

    浏览量

    14881
收藏 人收藏

    相关推荐

    VirtualLab Fusion应用:倾斜光栅的鲁棒性优化

    纳入优化过程,例如参数变化分析仪。该工具结合了同一系统的多次迭代,在优化过程中实现了评价函数的表示和自动计算,如平均效率。在这个用例中,我们通过稍微改变填充因子来优化倾斜光栅来演示这个
    发表于 02-19 08:58

    DeepSeek大模型受行业热捧,加速AI应用迭代

    DeepSeek大模型的诞生在行业内掀起了巨大波澜,吸引了众多券商及上市公司的关注。近期,多家机构纷纷宣布,无论是硬件还是软件方面,都将接入DeepSeek,旨在加速其AI应用产品的迭代升级。 这一
    的头像 发表于 02-14 14:14 284次阅读

    迭代学习闭环系统simulink仿真

    其中包含了迭代学习的仿真,输入数据,控制程序等
    发表于 01-03 15:30 0次下载

    SK海力士加速16Hi HBM3E内存量产准备

    近日,SK海力士正全力加速其全球首创的16层堆叠(16Hi)HBM3E内存的量产准备工作。这一创新产品的全面生产测试已经正式启动,为明年初的样品出样乃至2025年上半年的大规模量产与供应奠定了
    的头像 发表于 12-26 14:46 316次阅读

    美光发布HBM4与HBM4E项目新进展

    近日,据报道,全球知名半导体公司美光科技发布了其HBM4(High Bandwidth Memory 4,第四代高带宽内存)和HBM4E项目的最新研发进展。 据悉,美光科技的下一代HBM4内存将采用
    的头像 发表于 12-23 14:20 346次阅读

    仿真系统的性能优化技巧

    在现代工业和科学研究中,仿真系统扮演着越来越重要的角色。它们不仅能够帮助我们预测复杂系统的行为,还能在没有实际物理原型的情况下进行实验和测试。然而,随着仿真模型的复杂度增加,性能优化成为了一个不可
    的头像 发表于 12-19 14:47 965次阅读

    特斯拉欲将HBM4用于自动驾驶,内存大厂加速HBM4进程

    电子发烧友网报道(文/黄晶晶)近日据韩媒报道,特斯拉已向SK海力士和三星提交了HBM4的采购意向,并要求这两家公司提供通用HBM4芯片样品。特斯拉此次欲采购通用HBM4芯片,是为了强化超级电脑
    的头像 发表于 11-28 00:22 2185次阅读

    倾斜光栅的鲁棒性优化

    直接纳入优化过程,例如参数变化分析仪。该工具结合了同一系统的多次迭代,在优化过程中实现了评价函数的表示和自动计算,如平均效率。在这个用例中,我们通过稍微改变填充因子来优化倾斜光栅来演示
    发表于 08-12 18:38

    2025年英伟达HBM市场采购比重将超70%

    据TrendForce集邦咨询最新发布的HBM市场报告,随着AI芯片技术的不断迭代升级,单一芯片所能搭载的HBM(高带宽内存)容量正显著增长。作为当前HBM市场的最大买家,英伟达公司预
    的头像 发表于 08-09 17:45 838次阅读

    三星电子重组架构,加速HBM技术创新

    在半导体技术日新月异的今天,三星电子再次展现了其作为行业领导者的前瞻视野与战略布局。据韩国媒体最新报道,三星电子已正式启动了组织重组计划,旨在通过整合与优化资源,构建一个全新的高带宽内存(HBM)开发团队。此举标志着三星电子在加速
    的头像 发表于 07-08 11:54 559次阅读

    SK海力士加速HBM4E内存研发,预计2026年面市

    HBM 制造商 Kim Gwi-wook 宣布,由于市场需求,SK海力士将提速研发进程,预计最快在 2026 年推出 HBM4E 内存在内存带宽上比 HBM4 提升 1.4 倍。
    的头像 发表于 05-14 10:23 527次阅读

    HFSS不能使用迭代求解

    新手小白提问,如图,设置的是迭代求解,运行时转为直接求解导致内存不够,请大神解答为什么不能用迭代求解啊
    发表于 03-27 14:24

    什么是HBM3E内存?Rambus HBM3E/3内存控制器内核

    Rambus HBM3E/3 内存控制器内核针对高带宽和低延迟进行了优化,以紧凑的外形和高能效的封装为人工智能训练提供了最大的性能和灵活性。
    发表于 03-20 14:12 2939次阅读
    什么是<b class='flag-5'>HBM</b>3E内存?Rambus <b class='flag-5'>HBM</b>3E/3内存控制器内核

    HBM:突破AI算力内存瓶颈,技术迭代引领高性能存储新纪元

    HBM制造集成前道工艺与先进封装,TSV、EMC、键合工艺是关键。HBM制造的关键在于TSV DRAM,以及每层TSV DRAM之间的连接方式。
    发表于 03-14 09:58 1463次阅读
    <b class='flag-5'>HBM</b>:突破AI算力内存瓶颈,技术<b class='flag-5'>迭代</b>引领高性能存储新纪元

    HBMHBM2、HBM3和HBM3e技术对比

    AI服务器出货量增长催化HBM需求爆发,且伴随服务器平均HBM容量增加,经测算,预期25年市场规模约150亿美元,增速超过50%。
    发表于 03-01 11:02 2163次阅读
    <b class='flag-5'>HBM</b>、<b class='flag-5'>HBM</b>2、<b class='flag-5'>HBM</b>3和<b class='flag-5'>HBM</b>3e技术对比