10X提速！华大九天全球首发Liberal GT，重塑K库格局

PyAether玩家

华大九天Liberal GT可将单元库特征化提取效率提高10X，同时为行业在功耗控制与空间节省上提供更优解决方案。

一套先进工艺的工艺库，采用传统CPU的方式进行单元库特征化提取，如果一个月完成，需要20,000个CPU，连续不间断的每天工作24小时，30天消耗的CPU总小时数（CPU时）高达：2万*30天*24小时=1440万CPU时，对，你没有看错，0.14亿 CPU时；因此甚至企业需要建立大型数据中心。借助加速计算，现在仅需要使用192个GPU即可完成，即192个GPU可以取代原先2万个CPU的工作。而且耗电降低5X，空间降低5X。Liberal GT，既加快了研发速度，同时又降低了成本、空间要求和功耗。

这正是全球首款 GPU K库工具，华大九天Empyrean Liberal® GT产品。它通过集成基于 CPU-GPU 异构计算框架的 SPICE 仿真器 ALPS GT，将GPU的强大算力引入特征化提取领域，重新定义了K库的能效，为先进工艺高性能芯片赢得先机。

半导体领先企业推进Liberal GT的发展

先进工艺下，晶体管规模呈指数级递增，设计复杂程度也与日俱增。标准单元库发挥着不可替代的基石作用，是组成数字集成电路的基本构件。对最终芯片的PPA（性能、功耗、面积）表现有重要影响。

然而，这块“基石”的构建过程——单元库特征化提取（Library Characterization，在不同PVT组合的条件下，对标准单元进行SPICE仿真，生成业界标准的.lib时序模型文件的过程），正逐渐成为制约先进工艺节点芯片设计效率的重大瓶颈。伴随PVT的组合数量爆发式增长，芯片设计中的单元类型与数量大幅增加，相关模型的复杂程度也随之急剧攀升。

这一切致使特征化提取所需的计算量呈几何级数增长。在传统设计流程里，完成一套完整的标准单元库特征化提取，耗时数周甚至数月已成为常态。这不仅延缓了芯片设计的整体进度，消耗着宝贵的研发窗口期，还增加了项目的迭代成本与风险。EDA行业迫切需要一场技术革新，以打破这一“时间困局”。

破局而出：Empyrean Liberal 单元库特征化解决方案

华大九天副总经理、EDA工程中心总经理董森华表示：“面对先进工艺单元库特征化挑战，华大九天推出了业界领先的单元库特征化提取和验证解决方案——Empyrean Liberal®。它并非单一的工具节点，而是一个覆盖’高精度提取 - AI 加速 - 质量验证’全流程的综合性平台，旨在为用户提供快速、精准且可靠的标准单元库时序和功耗模型生成能力。Liberal GT 是 Liberal 家族的核心成员，它通过集成基于 CPU-GPU 异构计算框架，以10X的提速能力，开启了 K 库效率的新纪元。 ”

核心引擎升级：Liberal GT 引爆K库速度革命

单元库特征化提取过程中的海量SPICE仿真，需要对单个cell调用数百万次计算任务，这与GPU的并行计算模型高度契合。Liberal GT敏锐地察觉到了这一点，通过与 CPU-GPU 异构计算的SPICE仿真器Empyrean ALPS® GT深度集成，将这一具有革命性的计算模式引入到了单元库特征化提取流程中。 这正是Liberal GT实现性能飞跃的底层逻辑。

Liberal GT 的技术革新主要体现在：

• CPU-GPU 异构计算框架：Liberal GT不再单纯依赖CPU，而是将计算负载进行智能化分配，交由CPU和GPU共同承担。其中，CPU负责任务调度、逻辑控制以及部分不适宜并行处理的计算工作；而GPU则专注于执行海量的、可并行的SPICE仿真任务。二者分工明确、配合默契，将混合计算硬件的综合性能发挥到了极致。
• 小任务并行化海量求解算法：鉴于单元库特征化提取中每个仿真任务计算量较小，但总任务量极为庞大的特性，Liberal GT研发出了创新的海量求解算法。该算法能够对成千上万个独立的仿真任务进行高效批处理与打包，一次性将其“输送”至GPU的数千个核心同时进行计算，从而最大程度地挖掘了GPU的并行计算潜力。
• 高效的任务调度与资源管理机制：在异构计算环境下，高效调度任务、管理数据流转是决定最终效率的关键所在。Liberal GT具备智能的任务调度机制，能够实时监测CPU与GPU的负载状况，动态调整任务分配策略，减少数据传输延迟和计算等待时间，确保整个硬件系统以最高效率稳定运行。
  
  

性能飞跃：实测数据见证压倒性优势

在多个客户案例的测试中，Liberal GT呈现出了惊人的平均10X量级的性能提升：

从图中可以发现，无论是对于CCS模型，还是更为复杂的LVF模型，Liberal GT均实现了近乎一个数量级的性能提升，最高加速比可达15.3倍！过去完成复杂的LVF K 库任务需要耗费近三天（69小时），如今仅需7个小时。在先进工艺里，面对上千个 cell，原本需通宵运行的任务，现在能在极短时间内完成为芯片设计企业带来了颠覆性的战略价值：

• 支持更多PVT Corner：在相同的时间范围内，能够完成更多、更全面的PVT组合特征化提取，从而构建更为鲁棒、覆盖范围更广的单元库，有效降低流片风险。
• 降低硬件成本：一台配备GPU的服务器所提供的K库“产能”，远远超过多台纯CPU服务器，显著提升了计算资源的投资回报率。
• 促进设计优化与创新：设计人员可以更快地完成单元库特征化，从而支持更快速的设计迭代和PPA优化。
• 加速产品上市TTM（Time To Market）：设计团队能够更迅速地获取所需的标准单元库，进而缩短从前端到后端的整体设计周期。
  
  

全面与精准：速度之外，Liberal对质量的坚守

Liberal GT在追求极致速度的同时，始终未对精度和质量做出任何妥协，确保了所生成单元库具备签核级品质：

• 全面的单元类型支持：无论是基础单元（如Inverter/Buffer/MUX/DFF等）、复杂单元（如多位触发器Multi-bit Flip-Flops、低功耗单元Low-power Cells），还是用户自定义的特殊单元，都能给予全面支持。
• 先进的时序模型生成：完美支持NLDM/NLPM/CCS/CCSP/CCSN/LVF等全系列时序模型，尤其是对先进工艺节点签核极为关键的LVF模型，保障了时序分析精度。
• 内置的质量验证流程：能够便捷地比较两个库之间的数据、属性和结构差异，对比CCS和NLDM数据精度，开展电压/温度敏感性分析，校验内插值精度等。
  
  

结语：拥抱算力新范式，筑牢坚实“芯”基石

Liberal GT创新性地采用CPU-GPU异构计算技术，成功突破了标准单元库特征化提取的瓶颈，将K库处理时间从以“月”为单位大幅压缩至以“天”为单位这并非仅仅是工具性能的简单线性提升，而是由算力革命所推动的设计方法学范式的重大转变。这种方法学的革新，为全球芯片设计者提供了稳固且敏捷的“基石”构建能力，助力他们在激烈的市场竞争中始终保持领先地位，为万物智联的数字世界注入核心动力。

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