数字双胞胎的进化

数字双胞胎开始进军早些时候芯片设计流程,让设计团队开发更有效的模型。但他们也添加新的挑战在维护这些模型在芯片的生命周期。

直到几年前,一些人在半导体行业甚至听到“数字双”。然后,突然,它无处不在,造成混乱,因为它似乎是发展模式。某种程度的清晰终于出现,但不是它将如何影响开发过程。新客户是什么可能会改变这些模型和新方法可以从中提取价值,随着时间的推移,可能会影响模型的创建。

开始,数字双胞胎非常广泛。“数字双胞胎允许模仿通过模拟真实的东西,”阿基说》的首席执行官d2。“飞行模拟器数字是双胞胎。驾驶模拟器数字是双胞胎,尤其是如果你想模型不同方式汽车可以崩溃,或一个飞行员需要学会控制严重胁迫下飞机。这是一个好主意是危险的只在一个模拟的环境。”

这个词已经被很多人定义。“数字双是一个物理系统的虚拟表示形式,用于回答,不能回答的问题,或难以回答,一个物理系统,”马克•Serughetti说验证组的高级主管Synopsys对此。

但是看着它太大一个上下文可能会有问题。“数字双胞胎是一个伟大的想法,但还没有成为现实——至少不是无缝的范围覆盖所有抽象层的一个复杂的系统,”罗布·范Blommestein说,营销主管OneSpin解决方案。“最大的问题之一是互操作性。现在,有一些大玩家尝试开发专有平台的建模的数字双车,例如。原则上,这是伟大的。它将允许汽车制造商有一个完整的虚拟视图,包括电子、电气、机械和物理方面。问题是,整体平台由建设薄弱。”

是什么开始变得清晰的数字双胞胎类型存在,以及他们可以执行的角色。“有三种元素的数字双胞胎,”Frank Schirrmeister说高级组的解决方案营销总监节奏。“一:数字双胞胎发展的目的。这些是自然脱落的半导体流。它包括一个虚拟的平台,这是一个数字双软件开发。二:数字双胞胎相关数据。如果你看看医疗、他们数字双医院优化过程。这些数字的双胞胎的人。第三个因素是数据随着时间的推移,这是经常与维护问题。在健康领域,人们看你的数字双你的表。”

Schirrmeister使用浴缸曲线,如图1所示,这如何适应世界半导体。

图1:数字两大应用领域。来源:节奏

“数字双预见性维护与数字无关双胞胎用于开发“Schirrmeister仍在继续。“这是一个模型的噩梦就像你不会相信。为了这是有效的,实际上你需要你的模型在现实生活中,你需要保持这些模型,随着时间的推移。所以三个数字发展双胞胎,预测性维护,然后操作和生产方面,如何优化你的产品生产线。”

这个结束的概念在tape-out模型不再是有用的。

一个新兴的标准,便携式刺激可能成为的一个重要组成部分。“如果高保真和高精度模型用于系统的各个组件,如传感器或应用程序处理器、数字双胞胎可以帮助减少开发时间通过启用模拟和真实的场景,至关重要的是,验证,“Chet Babla说,副总裁手臂的汽车和物联网业务。“这可能会导致更好的产品在较短的时间内。”

其他人也同意。“数字双可以比一个物理系统,它们可以迅速改变参数,操作条件,整体功能和使产品更可配置,而不是每次都需要重建一个物理系统,“赛义德·阿拉姆说,全球半导体埃森哲。“半导体行业正朝着更可配置的系统,和数字双胞胎是一个伟大的方式来设计、测试和制造他们更快、更便宜。”

阶段之间的界限是模糊的。“假设我们带设计和目标的新生产设施,“弗拉姆号Akiki说,电子行业战略的副总裁西门子PLM软件。“生产人们可能回来说,基于高性能的设计你使用很多晶体管,你添加了几层金属,等。他们可能会得出这样的结论:他们需要花3000万美元或4000万美元的资本,以确保他们优化的生产线设计(见图2)。如果他们不花钱是一个瓶颈,你已经死了。如果你花钱,后来意识到,你不需要它,你也会遇到麻烦,因为不必要的支出。这已成为更重要的今天。你想要优化你的生产线。没关系如果你操作下一个IDM格式或如果你是一家专业公司,因为成本是成本和风险是风险,并有人占他们。”

图2:设计和制造之间的界限正变得模糊。来源:西门子

数字双是达到目的的一种手段。“真的需要解决的第一个问题是,“你想回答什么问题?“说Synopsys对此Serughetti。“为什么我构建数字双胞胎?”

生产双胞胎
在半导体制造,数字双胞胎找到多个应用程序的概念。“我们做晶片平面分析(WPA)从面具SEM照片项目这面具将暴露在晶片抵制通过光刻仿真提取轮廓的SEM照片,“说d2》。“这是一个数字双晶片的光刻机”。

这个概念可以进一步比可能只局限于真实数据的时候。“人们可能会想要深入学习网络,可以学习如何分类不同类型的缺陷,“说》。“但是半导体晶圆厂和面具商店非常善于避免缺陷。所以很难收集数以百万计的具体的例子的照片每种类型的缺陷,以便正确地训练网络。数字生成图片看起来像双胞胎SEM图像,或检查图像CAD数据,使一个程序员生成任意数量的任何类型的缺陷图像没有设法制造一个拍照的。”

即使在设备被部署在该领域之后,模型仍然是有用的。“Post-silicon不同范围的数字的双胞胎,但这是一个可能成为更重要的是我们在前进系统变得更加复杂,“Serughetti说。“在半导体领域,我们倾向于认为硬件和软件。但现实是,他们住在一个环境。如果你开始考虑数字双胞胎在空间,你需要模型的硬件,软件和环境影响,硬件和软件。”

知道你正在使用芯片是很重要的。“实时数据从物理芯片,制造,组装和测试硅形式,在系统/董事会或部署,都被收集和集成数字线数据,”埃森哲的阿拉姆说。“这使得设计和产品工程师访问下一个层次的分析,这能帮助他们提高他们的设计以及生态系统提供数据到半导体解决设计和性能问题”。

使用时,能够预测他们的表现在新情况下增加价值。“数字双胞胎使可能性测试多个部署场景,包括具有挑战性的角情况下,高度自动化和一致的方法,但不需要访问物理系统的限制,“胳膊的Babla说。”这种能力配置、测试、分析、调整、配置和测试支持一个强大的反馈机制来优化系统规格和完成或提高设计。”

但是一些必要的模型仍然是难以捉摸的。“为了应对实际现场数据,实时执行通常是要求数字双胞胎,”罗兰Jancke说,部门主管设计方法弗劳恩霍夫IIS的自适应系统的工程部门。“数字双的主要优势——而不是传统意义上的系统级模型——是在完整的系统生命周期的存在。这有助于在开发和验证阶段,但后来改善本身通过使用字段数据,从而对安全运行以及预期的反应。”

随着时间的推移,这些模型将强化自己。“能够我的数据数字双将提供设计工程师的下一个级别的信心他们正在建立的仿真模型,”阿拉姆说。“能够分析不同的测试结果以及功耗和性能参数意味着将会有更少的re-spins产品。设计工程师可以产生更好的配置和衍生品的设备速度更快、成本更低。”

数字双胞胎左移位
模型在开发流正在改变。“我们看到左移位过去,很多事情都是在系列,如开发的硬件和软件后,硬件已经成熟,同时正在做,“西门子Akiki说。“有效地做到这一点取决于有效的数字模型”。

虚拟原型的发展已经发生了一段时间。“此外,精度可以交易的速度建模通过部署模型的不同抽象水平,“Babla说。“例如,一个简单的程序员的视图模型的组件可能满足基本功能检查和最初的软件开发,而详细的基于物理图像传感器模型加上一个完整的处理器RTL模型将允许高精度车辆或工业机器人动力学建模在现实的环境条件下,如湿度、温度,甚至路面条件。”

这些模型被连接到流。”虚拟样机可以开始早,RTL可用之前,”Serughetti说。“然后你走进混合,例如,虚拟样机和仿真。然后你可以去原型设计,fpga,也可以混合。现在你也许会说更多的系统验证,你连接到系统的其余部分。所以有明确一个流,所有这些技术发展上发挥作用的链。我不认为他们是彼此的独家。他们不像一个完成,下一个开始。”

便携式刺激可以帮助保持这些模型同步。“不是所有的测试将运行在每个级别的准确性,“节奏的Schirrmeister说。“一些测试可能需要你有足够的实现细节工作,其他的地方,这是更抽象的元素,将所有形式的工作。有些人可能需要裸露的金属驱动程序可用。如果您运行相同的测试在一个更抽象的实现它,然后你不运行真正的司机。但你仍然可以运行测试本身。”

得到正确的抽象可能会非常棘手。”模型用于数字双应该尽可能快且准确的如有必要,”弗劳恩霍夫的Jancke说。“抽象需要代表系统中相互作用的问题,而忽视了什么似乎是不必要的细节调查。”

虚拟原型的吸收是主要设计成果。“客户正在更加积极主动在规范阶段,“Serughetti说。“他们是受益于,因为搬到一个虚拟环境的价值是硬件和软件之间提供更清晰。有很强的利益这边,和左移位发生了,因为现在你可以更有效地部署这些验证和确认技术。”

一个问题是,数字双胞胎往往是专有的。“这个行业所需要的是一个开源,或者至少可互操作的,平台开源和商业工具,包括EDA工具,可以无缝地插入,“OneSpin的范Blommestein说。“这是一个明显的安全需要,拥有相互独立的工具检查是必需的。但它不是只有安全。同样重要的是确保原始设备制造商和他们的供应链获得最好的,最具竞争力的解决方案为每个特定的设计和验证任务。”

另一个挑战是维护的成本模型。”是投资,你必须投入,数字双可控的回报你想摆脱它,“Serughetti问道。“当你在项目的开始,没有物理系统,它有一个巨大的价值,因为你可以开始得更早,得到更多的信息。一旦你在项目后,问题就来了,我的建模工作,数字双是什么?和它的回报是什么?“如果太高,那么人们不会维护它。如果你在谈论一个项目有一个非常短的时间内,建模工作可能过高为了得到返回值。”

数字双胞胎在半导体中创建流仍主要为内部消费。“数字双胞胎依赖于创建一个流,这些事情自然发生,“Schirrmeister说。“他们是发展中自然产生的副产品。我们还没有真的在那里,甚至从RTL下来。有些时候你需要考虑不仅功能和定时精度,而且热的影响,电磁效应,权力的影响。我们有不明白了,这是高度依赖的问题你想的答案。”

该行业长期以来一直渴望可以派生出一个可执行的规范执行,这将创建最终的数字的双胞胎。“如果我的数字双是我的规范,“Serughetti问道。“如果我开始修改它,我开始通过修改规范,从我得到实现。不幸的是,我没有看到它作为迄今为止实际实现的东西。”

结论
这个行业越来越清晰数字双胞胎,在半导体开发流程和生产过程中部署。随着这样的感知价值增加,额外的时间和精力将投入建立适当的模型和方法保持同步。最终,数字双值如果它提供了一个更好的方法来得到一个答案。更好的方法可以因为它之前,它是便宜,或者它有更少的风险。

在COVID的这个时候,更多的人正在远程数字双胞胎可能提供额外的价值,因为他们可以访问任何地方,在任何时候。