兼顧智慧與效率，Cadence 開創多物理場模擬新時代

人工智慧（AI）浪潮席捲全世界，市場對訓練 AI 模型所需系統的運算能力、記憶體頻寬與連線速度要求越來越高，再加上對能源使用效率與可擴展性的考量，讓設計工程師面臨艱鉅挑戰；幸好在此同時，AI 與電子設計工具的結合為他們的任務帶來莫大助力。

日前於台北舉辦的一場研討會上，EDA 供應商 Cadence 透過該公司推動智慧系統設計（Intelligent System Design，ISD）策略的最新成果展現──包括以 AI 驅動的多物理場分析解決方案，以及與 NVIDIA 合作催生的數位雙生（Digital Twins）設計平台等等──還有來自緯創資通等業者的成功設計案例分享，讓現場數百位系統與 PCB 設計工程師充分了解到，有 AI 技術「加持」的新一代電子設計工具平台如何能加速產品開發，同時解決客戶的關鍵痛點。

支援從 3D IC 到系統的多物理場模擬需求

近年來在電子設計領域的明顯發展趨勢是，為了實現產品差異化與最佳性能、提升市場競爭力，系統業者紛紛開始自己設計晶片，晶片業者也必須投入結合軟硬體的系統級設計；再加上今日支援各種創新應用的複雜系統中，機械與電子的界線越來越模糊，為產品開發流程帶來全新挑戰。Cadence 多重物理事業群研發副總 Ben Gu 在專題演說中指出：「ISD 策略就是運用我們在過去數十年來所累積的 EDA 技術，協助不同領域的設計工程師解決問題。」

那些問題看似大不相同，但其實都能透過運算軟體（Computational Software）──即設計自動化工具──來解決；Ben 表示，藉由自主創新研發以及策略性收購，在過去幾年 Cadence 積極跨出傳統 EDA 範疇，朝著提供系統設計自動化（SDA）解決方案方向發展，對多物理系統分析模擬工具產品線的經營就是其中重要一環。

從 2019 年推出的第一款產品 Clarity 3D 求解器為起點，Cadence 陸續推出 Celsius 熱求解器、運算流體力學（CFD）平台 Fidelity，以及 AI 驅動的多物理場模擬智慧引擎 Optimality 等，以因應 3D IC 設計，與支援 5G/6G 高速通訊、高性能運算資料中心等應用的 PCB 和系統設計，對散熱管理、降低電磁干擾效應等方面模擬分析越來越高的需求。2022 年 Cadence 又透過收購 Future Facilities 與 Cascade，更進一步強化在散熱分析與高傳真模擬技術方面的實力。

Ben 特別介紹了在 2024 年初問世的 Celsius Studio，是 Cadence 在多物理場系統模擬領域建立的新里程碑；該平台結合 AI 技術與散熱設計、分析解決方案，除了能應用於 PCB 和電子零組件，也能協助工程師解決 2.5D/3D IC 與 IC 封裝的熱分析和熱應力問題。Celsius Studio 平台改善了協作環境，能讓電性和機械/熱工程師同時設計、分析和最佳化產品性能，不須經過設計文件的簡化或轉換，無縫進行多物理場設計與分析，在設計流程早期發現熱完整性問題。

此外透過與 Optimality 的結合以及利用生成式 AI 技術，Celsius Studio 可對整個設計空間進行快速、高效率的探索，並以新穎的建模演算法來決定理想散熱設計；該平台結合有限元素法（FEM）與 CFD，支援從晶片、封裝、PCB，到放置 PCB 的機箱結構等不同規模之細節模擬，能實現真正的全系統熱分析。Celsius Studio 亦能與 Cadence 的 Virtuoso Layout Suite、Allegro X 設計平台、Innovus 設計實現系統和 AWR Design Environment 等設計平台無縫整合。

結合 GPU 加速的多物理分析「超級電腦」

為了實現更快速的多物理場系統模擬分析結果，Cadence 在 2024 年上半年另一項重大的成就，是推出結合了以繪圖處理器（GPU）為基礎之 AI 加速技術的 Millennium 平台；這是業界首款專為企業多物理場系統設計和分析應用所打造，結合尖端軟硬體技術的「超級電腦」。Ben 表示，透過 GPU 帶來的運算性能提升與節能表現，Millennium 平台能為高傳真度的 CFD 數位孿生（Digital Twins）模擬提供前所未有的效益，助力產業界實現更多創新。

第一代 Millennium M1 平台是搭載了專屬 GPU 硬體與 Cadence Fidelity 可擴充 CFD 求解器軟體的「一站式」解決方案，能支援雲端與在地部署的使用模式，號稱能將複雜模擬運作時間從幾週縮短到幾小時；並能快速產生高品質的多物理場數據，利用生成式 AI 為最佳系統設計解決方案提供快速、可靠的數位孿生視覺化結果，促成包括車輛、航太、國防軍事、能源、渦輪機械與資料中心等關鍵應用領域的最佳化系統設計。

而 Ben 也透露，以結合 GPU 加速的 Millennium 平台實現高效率 CFD 模擬只是第一步，未來 Cadence 還將繼續擴大以 Optimality 智慧引擎帶來的生成式 AI 技術與 GPU 加速平台在其他多物理場系統模擬工具的影響力，讓包括 Clarity、Celsius 與 Voltus 等工具的性能效率升級。他舉例指出，像是 3D IC 應力分析、以生成式 AI 進行天線設計等設計任務，透過 Clarity 與 GPU 加速運算的結合，將能實現前所未有的速度突破；結合 AI 技術、多物理分析解決方案、高性能運算三大元素，Millennium 平台將是能同時支援精確模擬、AI 訓練與推論的強大設計利器。

除了 Millennium 平台的發佈，顧鑫也特別提到了 Cadence 在 3 月份達成多領域工程模擬解決方案系統分析平台供應商 BETA CAE 收購協議的新訊息；該公司在汽車領域擁有高影響力，客戶涵蓋全球前十大車廠、多個一級方程式賽車車隊以及航太、工業和醫療保健產業的領先業者。與 BETA CAE 的結合意味著 Cadence 的多物理場系統分析產品陣容將加入市場潛力龐大的結構分析（structural analysis）解決方案，進一步完善 ISD 策略。

（首圖來源：Shutterstock；資料來源：Cadence）