I semiconduttori, è noto, rappresentano il “nucleo centrale” delle maggior parte dei prodotti elettronici che vengono introdotti nel mercato e sono gli artefici della trasformazione digitale. Si pensi a esempio al contenuto dei chip nelle automobili, dove si è passata da una media di 624 dispositivi (per un valore di 307 dollari) del 2010 a una media di 997 dispositivi (per un valore di 499 dollari) del 2021. La corsa è destinata a continuare: entro il 2030 su un’auto saranno presenti 1227 chip per un valore complessivo di 758 dollari.
Anche per le grandi società che realizzano sistemi il silicio ha assunto un ruolo sempre più importante e molto spesso producono “in casa” i propri chip. Basti considerare che ora rappresentano una quota del 23% dei wafer prodotti dalle fonderie, contro pochi punti percentuale di qualche anno fa.
L’importanza del “gemello digitale”
Ravi Subramanian, senior vice president and general manager of IC verification solutions, Siemens EDA
“In parole semplici – ha spiegato Subramanian – si tratta di sfruttare la digitalizzazione per generare la miglior rappresentazione virtuale possibile del mondo fisico”. Il “digital twin”, concetto nato decenni fa nel mondo della progettazione meccanica, consente alle società di effettuare verifiche esaustive sul modello digitale dei loro prodotti prima di inviarli in produzione. “Al giorno d’oggi rappresenta uno dei modelli fondamentali della tecnologia PLM (Product Lifecycle Management). La sua estensione al campo della progettazione di circuiti integrati e sistemi elettronici è una logica conseguenza. “Grazie ai digital twin – ha spiegato Subramanian – le aziende possono verificare i progetti dei loro circuiti integrati in mod poiù semplice e nel contesto del sistema finale”.
Per i progettisti con notevole esperienza nel campo della progettazione di circuiti integrati, il fatto che il gemello digitale sia fondamentale per il progresso della progettazione di semiconduttori innovativi potrebbe apparire scontata. Dopotutto, i classici tool Eda hanno generato rappresentazioni digitali sempre più accurate dei progetti di circuiti integrati per svariati decenni.
Complici l’aumento della complessità dei processi produttivi e la domanda di tecnologie sempre più avanzate, è diventato sempre più difficile per le aziende progettare, verificare e convalidare i prodotti. “Per questo motivo riteniamo che il gemello digitale rappresenti una metodologia che consente di effettuare cicli di verifica e validazione di circuiti integrati più completi e in modo più rapido, dando così la possibilità di realizzare prodotti di livello qualitativo più elevato in tempi più brevi”.
Un altro concetto che si sta affermando nel mondo della progettazione di circuiti integrati è quello di “silicon lifecycle” che, come ha confermato Subramanian, rappresenta un vero e proprio punto di svolta. “Grazie all’integrazione di hardware di monitoraggio avanzato negli odierni SoC sempre più complessi gli utenti hanno accesso a funzionalità analitiche “fab-to-field” che consentono di accelerare il bring-up, ottimizzare le prestazioni del prodotto e convalidare la conformità del funzionamento del progetto con le specifiche stabilite in termini di sicurezza sia funzionale sia informatica”.
I tre pilastri della digitalizzazione
Per tradurre in pratica il concetto di digitalizzazione, la strategia di Siemes EDA si basa sullo scaling a livello di tecnologie di processo, design e sistema. Per quanto concerne il primo aspetto, ovvero lo scaling a livello di tecnologie di processo, la società lavora a stretto contatto con i propri partner (sia clienti sia fonderie) per fornire soluzioni a livello di signoff, DFM, litografia e test per ogni nodo di processo emergente. “Siamo anche in grado di offrire soluzioni per lo sviluppo di packaging avanzati 2,5/3D a tutti quei clienti che vogliono raggiungere densità “More than Moore”.
Per quanto riguarda lo scaling a livello di design, il concetto chiave è l’integrazione e la definizione del giusto bilanciamento dell’architettura hw/sw dei SoC. Nel momento in cui le aziende adottano un approccio più olistico alla progettazione e integrano sempre più funzionalità AI/ML (dove l’intelligenza artificiale, secondo Subramanian, permetterà alle aziende di ottenere informazioni più dettagliate dai dati in loro possesso contribuendo a creare valore aggiunto), coloro che sono impegnati alla definizione dell’architettura possono sviluppare algoritmi matematici che rappresentano le funzionalità del sistema o le funzioni AI/ML da implementare.
“Invece di passare a progettare direttamente il silicio a livello RTL – ha spiegato Subramanian – possono implementare l’algoritmo matematico in codice C e farlo girare su sistema di prototipazione basato su FPGA, SoC o processore per valutare quali parti dell’algoritmo vengono eseguite più velocemente e quali meno”. Per accelerare le parti “più lente” dell’algoritmo e ottenere i risultati desiderati in termini di PPA, possono utilizzare un tool come Catapult HLS per implementare questi parti sotto forma di porte logiche nel progetto del SoC e far girare il resto dell’algoritmo in software nel processore embedded del SoC.
In termini di scaling a livello di sistema, uno dei fattori chiave dell’acquisizione di Mentor da parte di Siemens, l’espansione dei processi di verifica e validazione consentirà la verifica dei progetti anche all’interno dei loro spazi applicativi e in ambienti virtuali (il gemello digitale).
La gamma Xcelerator
Per aiutare le aziende di ogni dimensione a trasformarsi in realtà digitali Siemens Eda ha sviluppato il portfolio più ampio e specifico di software per la progettazione elettronica e meccanica, la simulazione di sistemi, la produzione, la gestione operativa e l’analisi del ciclo di vita. Xcelerator integra ora questa offerta con strumenti e database embedded collegati ad ambienti esistenti di informatica, automazione e ingegneria (IT, OT ed ET), realizzando così flussi di lavoro unici che sfruttano un’ampia parte della tecnologia Siemens.