突破射频仿真瓶颈，中兴微电子携手华大九天ALPS-RF打造射频芯片设计新篇章

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随着5G、物联网、车联网等新兴产业的飞速发展，射频集成电路作为通信、雷达和导航等领域的中流砥柱，其重要性不言而喻。作为行业领先的IC设计公司，中兴微电子一直深耕于射频电路研发，突破射频芯片设计瓶颈，致力于为全球市场提供高性能的芯片产品。

1 缘起

随着5G时代和人工智能时代的来临，芯片设计规模不断扩大，复杂度也在日益提升。射频电路因其非线性强、频率变换显著等特点，使用传统模拟电路的SPICE分析仿真将面临诸多难题。特别是在先进工艺下，射频电路的规模急剧膨胀，寄生参数提取和仿真验证时间呈指数级增长，大规模射频电路仿真将面临着前所未有的挑战。

另一方面，高性能射频电路对寄生参数、工艺角的波动非常敏感，需要谨慎地做寄生参数约简，同时还需要摸底不同PVT（Process、Voltage、Temperature等）情况下的电路指标，少则几十种，多则上百个仿真，进一步使整体仿真验证时间和工作量急剧上升。

随着射频电路的复杂度提升，顶层电路仿真至关重要。然而顶层电路后仿真花费的时间都是以天甚至以周为单位，这不仅增加了项目成本，更限制了设计的迭代速度，急需一个既能保证精度，又能大幅提升仿真速度的解决方案。

2 “软件PK”：问题与规则

面对射频电路仿真问题愁眉不展的时候，华大九天的射频仿真工具Empyrean ALPS® RF进入视野，其宣称是：

“ALPS-RF不仅具备高性能和高精度，更涵盖了两种主流RF求解方法：频域的谐波平衡（HB）方法和时域的射击牛顿（Shooting）方法，这得益于自研的高性能HB、shooting仿真引擎。使得ALPS-RF在不牺牲精度的前提下，性能表现远超现有主流射频仿真器。

更令人振奋的是，ALPS-RF还推出了GPU/CPU异构射频仿真方案—ALPS-GT。通过优化计算流程，将耗时大的计算任务迁移到GPU上，并自研了高性能矩阵求解算法，实现了整体加速一个量级的目标。”

为验证ALPS-RF的真正性能，统一以下三项作为比对的基础：

• 仿真对比基于相同的收敛精度与计算资源（CPU core 数量相同）
• nport 器件插值方式统一为相同的插值方式
• 在精度对齐的前提下进行性能对比
  

3 “软件PK”：成绩公布

1 CPU平台的仿真结果
（1）小信号仿真DC、AC、SP等仿真结果和当前主流仿真工具精度速度均相当。
（2）ALPS-RF在以HB分析为主的基带电路仿真方面，速度优势显著，这得益于矩阵运算加速以及并行求解效率上的优化。ALPS-RF在保证精度的前提下，平均时间开销仅为当前主流仿真工具的 1/2。
（3）对于高频电路，无论是PA、LNA还是VCO，ALPS-RF与当前主流仿真工具整体仿真精度一致，仿真速度相当。

综上所述，从CPU平台的结果看，使用频域求解的谐波平衡（HB）方法平均能带来2倍加速比。

2 GPU平台的仿真结果
聚焦GPU平台上的顶层仿真结果，鉴于射频芯片设计复杂性，庞大的晶体管数量往往导致顶层仿真周期延长至一至两周，进而在流片前难以获取准确的性能仿真数据。此外，关键模块的后仿真过程耗时过长，严重影响了项目的开发进度。若为了缩短仿真时间而降低精度设置，可能会导致仿真结果与实际情况偏差，进而与模块级仿真结果产生不一致，引发数据信任问题。

对于顶层电路多音仿真，ALPS-RF在GPU平台成功地实现5.5倍的加速提升。这一突破性的进展将仿真时长显著缩短至设计师期望的“黄金8小时”范围之内，从而使得在单个工作日内能够完成多次设计迭代，极大地提升了设计效率与灵活性。

ALPS-RF GPU方案在ADC和TRX电路仿真表现更为出色。由于电路规模庞大，传统的CPU仿真流程需要数天甚至仿真中断；而GPU方案仅在几个小时内顺利完成了仿真任务，大大提升了电路设计与验证工作的效率。

4 结语：效率与质量的双重提升

华大九天推出的Empyrean ALPS® RF，带来了全新的射频仿真解决方案，让用户深刻体会到了其“EDA赋能用户”的魅力。通过引入ALPS-RF射频仿真工具，中兴微电子解决了大规模射频电路仿真速度慢的痛点，实现了射频设计迭代效率的显著提升，不仅缩短了项目研发周期，更提高了芯片产品的性能和质量。中兴微电子将继续携手华大九天，以ALPS-RF为核心武器，不断突破射频仿真的瓶颈，为全球市场提供更加优质、高效的芯片产品。