Ansys

Ansys半導體設計解決方案通過台積電(TSMC)高速CoWoS with silicon interposer(CoWoS-S)和InFO with RDL interconnect(InFO-R)先進封裝技術認證。這讓客戶針對整套整合2.5D和3D晶片系統，簽核耗電、訊號完整性和分析熱效應衝擊，確認其可靠度。 台積電針對下一代CoWoS-S和InFO-R先進封裝技術，認證包含Ansys Redhawk-SC Electrothermal的Ansys RedHawk和Ansys RaptorH系列多物理場解決方案。該認證涵蓋晶粒和封裝共同模擬與共同分析，以便進行萃取、耗電和訊號完整性分析、耗電和訊號電子遷移(EM)分析以及熱分析。該全面的耗電、熱、訊號完整性和EM分析工具套件有助於模擬、計算和減少可靠度問題，進而實現最佳電機效能。 台積電設計建構管理處資深處長Suk Lee表示，我們結合Ansys的多物理場解決方案和台積電的CoWoS以及InFO先進封裝技術的合作成果，幫助雙方共同客戶應對設計的複雜度和挑戰。我們透過與Ansys的長期合作，幫助客戶改善和驗證其最先進設計，以滿足嚴格的效能和可靠度標準。 Ansys副總裁暨總經理John Lee表示，客戶為了滿足Wi-Fi系統、5G行動裝置和高速無線組件的嚴格可靠度要求，需要全面的多物理場解決方案，以解決跨越整套晶片、封裝和系統的耗電、可靠度和熱問題。我們與台積電合作，運用頂尖的多物理場模擬平台，幫助客戶克服這些挑戰，實現首次設計就成功，並加速產品上市時程。

Ansys先進多物理場簽核工具通過台積電(TSMC)3奈米製程技術認證。此舉將滿足雙方共同客戶對人工智慧(AI)、機器學習(ML)、5G、高效能運算(HPC)、網路和自駕車晶片的重要耗電、熱和可靠度需求。 實現3奈米製程技術的電源完整性和電子遷移(EM)可靠度仍然是極具挑戰性的簽核里程碑。3奈米製程將數十億顆電晶體整合在單一晶粒上，功率與效能驚人，因此傳統離散EM和降壓法已無法滿足簽核需求，需要Ansys RedHawk-SC和Ansys Totem提供的全面電源完整性、熱完整性、和可靠度分析平台。 RedHawk-SC的台積電N3製程認證涵蓋自熱(Self-heat)熱知覺(Thermal-aware)EM以及統計EM預算需要的電源網路萃取、電源完整性和可靠度、訊號EM、和熱可靠度分析。Redhawk-SC將運用彈性運算、大數據分析和其Ansys SeaScape基礎架構的高容量，分析超大型3奈米網路設計。 台積電設計建構管理處資深處長Suk Lee表示，Ansys提供適用於台積電3奈米製程技術的多物理設計解決方案，幫助共同客戶應對設計複雜度和技術挑戰。這次合作結合Ansys尖端解決方案和台積電先進製程，幫助客戶催生下一代3奈米晶片組創新，這將成為推動許多應用的力量。 Ansys副總裁暨總經理John Lee表示，最新的認證延續Ansys和台積電密切合作，為共同客戶開發創新解決方案。Ansys具備全方位多物理場模擬和分析技術，從晶片層級到系統層級，使我們成為滿足AI/ML、5G、HPC、網路和影像處理應用相關低耗電大型設計需求的理想合作夥伴。

多射頻系統共存及抗干擾設計面臨新挑戰 從射頻的角度來看，5G技術先進性的原因之一是因為5G通訊設備工作在更高的頻率，擁有更多頻寬。根據3GPP的定義，5G包括了如下圖所示的兩個頻譜範圍，分別是Sub-6GHz和毫米波(mmWave)頻段，在每個範圍內又細分了數十個頻段號，分配給不同國家的不同電信運營商使用。 以中國為例，中國移動得到了2515MHz~2675MHz和4899MHz~4900MHz兩個頻段，中國電信得到了3400MHz~3500MHz頻段，而中國聯通則被分配到了3500MHz~3600MHz頻段，放眼全球則各個電信運營商頻段的分配就更加複雜。 不同頻段在5G通訊設備裡，都對應著特定的射頻前端系統的硬體支援，對於5G通訊設備而言，如何在擁擠而複雜的頻譜環境中讓自己不被其他頻段設備干擾就成為了設計師必須要考慮的問題。 此外，5G移動終端設備除了支持5G通訊制式以外，還必須向下相容老的移動通訊制式，比如2G GSM、3G WCDMA/CDMA2000/TDSCDMA、4G TD-LTE/FD-LTE等在未來相當長時間內仍然會繼續提供服務，所以隨著通訊技術的不斷發展，通訊設備上務必會搭載越來越多種類的通訊系統(圖1)。 圖1　典型5G手機的手機模擬模型 比如華為推出的Mate 30 Pro 5G手機，便採用了最先進的5G天線設計，機身共有21根天線，搭載了包括5G、4G、3G、2G、Wi-Fi、BT、GPS、NFC等在內，多達8種無線通訊系統，這些系統在單獨工作的時候不會產生干擾問題，但當不同的通訊系統同時工作的情況下，產生的互調/交調頻譜分量或者雜訊信號很可能被抬高，導致某些極度敏感的無線系統(比如GPS)被嚴重干擾到無法正常工作。 5G通訊技術下，物聯網應用場景大量爆發，除了移動通訊設備外，在汽車、工業設備，國防設備等平台上也會搭載包括5G通訊在內的導航、探測、通訊、測控、數傳等眾多射頻系統，豐富多樣的系統特性包括了複雜的調製類型、超寬的頻率範圍、豐富的功率電平等。 這些平台上往往包含數十個射頻發射設備，這些發射設備中的倍頻器、混頻器、功率放大器等由於諧波洩漏、雜散輻射等會產生大量的交調產物，而擴頻調製、調頻工作等使雜散輻射頻譜大量增加。 同時這些平台上還包括了相當數量的射頻接收設備，這些接收設備的工作頻段各有不同，其敏感頻率(如鏡像頻率、諧波頻率等)也各有不同，隨著軟體無線電、數位化中頻、寬頻接收等技術的採用，使這些接收系統受到干擾的潛在風險大大增加，這些複雜的電磁干擾以及與電磁頻譜相關的軍事力量、設備、系統和平台的影響，成為決定整體系統和平台效能至關重要的因素。 射頻系統抗干擾模擬方案需具備五大要素 ANSYS射頻系統抗干擾模擬方案提供了一個複雜射頻環境中電磁干擾模擬的資料管理與分析的整體框架，將尖端的模擬引擎與多保真參數化模型相結合，實現對任何環境下共址干擾的準確預測，如運載平台、通訊基地台以及個人電子設備的共存和靈敏度降低等。並且針對不同傳真度登記的已知數據，可以進行不同層級的模擬分析。 這套模擬解決方案的設計理念是允許設計師在設計早期階段就開始模擬，直至整個系統設計完成後的維護階段。在設計和整合的早期就可定位出共址干擾問題，當定位出干擾問題，在對設備或系統進行否認和修改之前，便可以在軟體中進行改善策略的探索對比，從而說明客戶節省大量成本。 射頻系統共址及抗干擾模擬解決方案，所需要注重的能力包括以下幾個方面。 內建無線電模型庫和RF部件庫 多通訊系統共存情況下的射頻抗干擾模擬的第一步是對射頻系統的建模，射頻系統包含了收發機、濾波器、雙工器、放大器、混頻器、天線等諸多元件，能夠支援用戶方便快捷地實現射頻系統建模成為抗干擾模擬工具的重要技術要求。 ANSYS EMIT內置了多種通用的無線電模型庫(圖2)，包括GSM、CDMA、WCDMA、LTE、GPS、Wi-Fi、藍牙、VHF/UHF通訊、SINCGARS、CDL等許多通用的無線電模型，使用者可以直接調出使用。對於實現特殊功能的定制化無線電模型，客戶也可以通過參數化輸入對其發射頻譜和接收頻譜進行定義，也可通過導入測試資料的方式實現對未知無線電模型的建模。 圖2　EMIT內建的無線電模型庫以及可擴充的無線電模型 EMIT軟體中的無線電模型(Radio)可以是收發信機(Tranceiver)、發射機(Transmitter)或接收機(Receiver)，一個無線電模型中可以定義多個頻段(Band)，EMIT可對每個頻段配置相應的頻率、功率電平、調製方式等無線系統參數。對於發射機頻譜可以配置頻譜類別、發射功率、近端相位雜訊、遠端相位雜訊、諧波、雜散等指標，對於接收機頻譜則可以配置帶內敏感度閾值、混頻器產物、帶外雜散、飽和電平等參數。 ANSYS EMIT是用於複雜環境中射頻干擾(RFI)模擬的軟體。EMIT與ANSYS HFSS緊密配合，將射頻系統干擾分析與產業領先的電磁模擬相結合，能夠對天線到天線耦合進行建模，能夠可靠地預測多天線環境(具有多個發射器和接收器)中的RFI影響。眾所周知，在測試環境中診斷複雜環境內的RFI非常困難而且成本高昂，但是，利用EMIT的動態連結結果視圖，就可以通過圖形化信號跟蹤和診斷總結功能顯示干擾信號的源頭以及其到達接收器的路徑，從而快速確定任何干擾的根源。一旦找到干擾原因，EMIT就能快速評估各種RFI緩解措施，從而實現解決方案優化。 除了對無線電模型的快速參數化建模外，EMIT還內置包含濾波器、多工器、環形器、隔離器、功分器、放大器、線纜等在內的全面RF部件庫，這些寬頻部件模型可以生成搭建射頻系統所用的模組，這些部件模型可以利用EMIT內置參數化模型指定指標，或者通過其他模擬工具或測量獲得的特性資料生成模型。射頻系統模型中用到的無線電模型、RF部件和天線等模型的定義可保存在EMIT部件庫中以供將來使用，也可以共用給其他用戶使用。 支援多種傳真度的天線耦合模型 射頻系統的干擾路徑主要基於各系統天線之間的空間耦合，所以天線耦合資料成為決定射頻系統抗干擾模擬準確性的重要組成部分。對於設計初期的系統共存模擬驗證工作而言，該階段一般尚不具備搭載通訊系統的平台設備模型以及各系統天線的具體設計模型，所以此時並不能通過傳統電磁場模擬工具得到天線耦合資料。 而EMIT有多種天線耦合資料的定義方式，提供包括恒定耦合、路徑損耗、路徑損耗+增益、以及S參數等在內的多傳真度天線耦合資料供使用者選擇，耦合資料的精度隨之增加。 定耦合是指天線耦合量為使用者設定的與頻率無關的常數，用於系統設計初期的天線耦合度指標分配。路徑損耗天線模型的耦合量為基於自由空間內天線之間的路徑損耗，用於在設計初期考慮天線放置的不同位置對干擾程度的影響。 EMIT還可以考慮自由空間內天線之間路徑損耗以及相對方向上的增益計算得到的耦合量，用於獲悉天線設計類型之後的更準確的天線耦合資料提取，最準確的方法則是通過測試或電磁場模擬得到的寬頻S參數資料用於表徵耦合量，此資料充分考慮搭載通訊系統平台和天線的相互影響，適合用於系統設計完成後的最終抗干擾性能模擬驗證(圖3)。 圖3　EMIT多傳真度的天線耦合數據模型 EMIT內置了多種近似天線耦合模型，用於在具備更精確的天線隔離資料之前進行系統共址的抗干擾分析，在缺乏特定耦合資料的情況下，EMIT也可以用來計算避免產生干擾所需的天線間的耦合量。 快速準確的天線耦合模擬演算法 為了實現更準確的系統抗干擾模擬，使用者需要用到更準確的天線耦合資料來實現對射頻系統的建模，EMIT能夠導入天線測試資料作為耦合模型，支援使用工業標準Touchstone檔案格式描述的寬頻多埠隔離資料，而無需將所有的資料容納在單個Touchstone檔中，因為EMIT會將所有待考慮天線間的多組資料自動整合在一起。 EMIT還可以與ANSYS高頻電磁場模擬工具HFSS聯合工作，使用其商業化的電磁求解器對多天線、大尺寸的問題進行快速準確求解得到天線耦合資料。 HFSS具有的增強彈跳射線法(SBR+)求解器，利用射線追蹤技術求解天線在載入到大型平台上以後的輻射性能和耦合資料，而且SBR+在傳統的彈跳射線法基礎上添加了多種改良演算法，可以計算以前SBR演算法無法求解的邊緣電流修正、入射波衍射、陰暗區電流分佈、以及平台表面爬行波等各方面的影響，是業界最精準的射線法求解工具，可以輕鬆得到多副天線的互耦資料。 除了演算法層面，HFSS作為專業的電磁場模擬軟體還具有其他方面的巨大優勢，整合了天線設計庫，包含有數十種實際工程中常見的天線種類，使用者可以直接方便快捷地調用各種天線形式，還具備其他射線追蹤工具所不具備的物理模型，擁有與業界主流三維MCAD軟體的介面，準確高效地實現大型平台模型的導入匯出。 軟體具有強大的圖形介面，可以直觀地瞭解天線在大型平台上的輻射場圖，以及表面電流的分佈情況等。絕大多數任務都在不超過8G記憶體下完成求解，再配合HPC，利用硬體多核CPU和GPU加速，實現快速模擬得到結果。 考慮多射頻系統所有干擾因素 EMIT的1對1收發系統模擬對一對單獨Tx/Rx通道進行模擬，同時包括了收發系統相關的元件(如濾波器、電纜、放大器等)和天線的耦合度(ATA)，最後計算出接收機Rx的射頻干擾冗餘度(圖4)。 圖4　以EMIT功率流分析模擬射頻系統干擾 EMIT寬頻射頻干擾冗餘度模擬結果如圖5所示，上面的線條為接收機的敏感度閾值，該線條代表了接收機的寬頻敏感度指標。 圖5　接收通道寬頻射頻干擾冗餘度模擬結果 由於接收通道上混頻器的非線性效應，所以不僅接收帶內的干擾信號會影響靈敏度，在帶外某些頻點的干擾信號與接收混頻器進行高階互調，產生的互調產物也可能落在接收帶內，從而引起接收機敏感度惡化，所以接收通道需要同時考慮頻道內和頻道外干擾信號對靈敏度的影響。 圖5下面的線條是從發射系統耦合至接收埠的頻譜分量，低於上方敏感度閾值的頻點表示不會對接收機靈敏度造成干擾，而對超過閾值的頻點則是引起接收通道性能惡化的來源。 EMIT還能計算帶內的峰值射頻干擾餘量。由於混頻器、放大器等通道上的多個非線性器件，導致經過多次複雜交調互調後可能落在接收帶內的干擾信號譜非常豐富，如果分別考慮這些信號對接收敏感度的影響，從上面的寬頻射頻冗餘度結果來看都不會對接收系統靈敏度造成干擾。 但是，這些信號疊加起來產生的頻道內雜訊電平就很有可能超過接收機敏感度閾值，造成靈敏度惡化。所以如圖6所示，EMIT的頻道內峰值射頻干擾餘量則把多個落在接收帶內的干擾信號疊加起來，觀察是否超越了接收機閾值。 圖6　頻道內峰值射頻干擾餘量  EMIT還可以模擬當多個發射系統同時工作時，在多通道之間產生的有源互調交調產物，這些產物主要來源於兩個方面。 第一是多發射機同時工作，產生的發射頻譜耦合到接收機後與接收通道上的射頻前端非線性器件(如低雜訊放大器、混頻器等)產生的交叉調試。 第二是不同發射通道之間的互調，發射頻譜耦合到其他發射通道中，與其他通道內的非線性元件(如功率放大器、隔離器等)發生互調，得到的互調產物會由該發射通道往外二次耦合至接收通道，從而影響接收機靈敏度。 直觀的結果顯示和干擾診斷功能 EMIT提供不同層級的直觀結果顯示，通過場景矩陣結果可快速查看平台上哪個射頻系統受到了干擾，而通過電磁干擾邊限圖(圖7)，則可以完整的獲得收發通道的寬頻干擾情況，並能夠自動識別每種類型干擾的根源。 圖7　多射頻系統干擾模擬結果的可視化呈現 利用結果分組篩檢程式，用戶很容易從結果中排除特定類型的干擾(如共通道干擾)，這樣便可以看到最關心問題的結果，從結果的角度快速定位出干擾因素，從而可建議採取合適的改善措施。 EMIT的快速“what if”分析功能可以快速評估可用的干擾改善措施。例如，在調頻系統干擾分析中，可以從庫中快速拖放一個可調濾波器加入接收機通道，從而可以立即評估該濾波器的干擾改善效果。 在EMIT先進的介面下，通過高層級和低層級的分析匯總，以及內置的自動化診斷功能，用戶可以輕而易舉地把射頻系統間的干擾情況顯現出來。 常見的射頻系統抗干擾模擬案例介紹 汽車 如今，汽車總體通常搭載多個無線通訊系統，這些通訊系統的天線往往被放置得比較靠近，天線之間的相互耦合會帶來共址干擾問題，惡化部分敏感系統的接收性能，甚至使其功能徹底喪失，這就使得在汽車上的多通訊系統共址干擾影響的研究十分必要。 使用HFSS對各個天線進行三維空間輻射場性能模擬，將通過模擬得到的各天線輻射場結果搭載在汽車的相應位置上，使用HFSS的增強彈跳射線法求解器計算得到考慮汽車平台效應的各天線之間的寬頻耦合S參數結果。 圖8是汽車天線模擬結果的可視化結果。左側矩陣圖的最右側一列則反映了三個發射通道同時工作時的受干擾情況，對GPS接收設備而言，每個發射系統單獨工作時都不會影響其敏感度，但是三個發射系統同時打開後，矩陣中的深色單元框表示GPS接收設備受到干擾了。而右圖顯示出影響GPS頻道內敏感度的雜散頻譜以及其來源。 圖8　EMIT軟體多射頻系統抗干擾分析結果 為了消除受擾影響，在VHF收發機和FM接收系統通道都加上帶通濾波器，可以濾除帶外雜散的影響，也可以減小不同發射通道間的互調產物，改善GPS接收帶內敏感度。 圖9為使用抗干擾方案後的抗干擾分析結果，所有矩陣單元都變回淺色，這表明所有干擾效應都已被消除。 圖9　添加抗干擾方案後的分析結果，干擾問題不復存在 無人機與基地台 5G時代，萬物互聯，無人機的使用將會越來越普及，在給人們生活帶來便利的同時，無人機作為工作在複雜電磁環境裡的設備可能對其他設備產生干擾，也可能被其他高功率發射的設備(如同通訊基地台)干擾，設計師需要知道無人機和基地台需要至少保持多遠的距離，才能確保無人機能夠正常工作而不被基地台干擾。 EMIT可以對基地台和無人機兩個系統的所有發射和接收通道進行建模，通過功率流的分析方法對接收系統是否受擾進行模擬，生成如圖10所示的豐富的結果報告。 圖10右上方的矩陣圖清晰地顯示LTE基地台的發射信號對C2接收通道產生了干擾，而且當LTE基地台和無人機視頻下載系統兩個發射通道同時工作時會使GPS接收通道的靈敏度冗餘量不足(矩陣中用粗線框起的儲存格所示)。 圖10　EMIT對無人機和基地台共存時的射頻系統干擾模擬結果 在圖10的正上方的系統交互框圖中，EMIT用線條明確指出了干擾的源頭和產生的路徑，對C2接收機造成的干擾來源於900MHz的LTE基地台發射系統，基地台的發射功率經過基地台與無人機之間的天線耦合進入了C2接收機的接收通道，直接惡化了接收機的靈敏度。 圖10正下方的頻譜曲線則顯示了造成干擾的所有頻點，以及造成干擾的雜訊類型，此案例中對C2接收機的干擾是因為LTE基地台的發射功率超過了接收機的頻道外飽和電平。 為解決該干擾問題，直接在系統原理圖裡通過簡單拖曳的方式，在C2接收機通道前端添加帶通濾波器，元件的頻道內損耗、頻道外抑制度等指標都可參數化定義，也可通過導入實際濾波器S參數的形式對其進行配置，重新模擬即可在矩陣中觀察到，C2接收機通道的干擾問題已被解決(圖11)。 圖11　快速實施抗干擾對策，以解決干擾問題 以上案例展示了利用模擬的必要性，在日益互聯的世界中，無線系統的數量激增，其發生干擾和性能劣化的可能性也隨之增加。工程師可以在設計過程的早期階段評估盡可能多的備選方案，然後評估設計空間以優化關鍵設計參數。通過利用專業模擬軟體在研發早期階段確定有可能發生干擾的位置，企業能夠避免干擾問題，減少後期修復問題的成本和降低風險。 (本文作者任職於Ansys)

Ansys 2020 R2具備增強的解決問題和協作能力，幫助工程團隊開發新品、維持營運持續性、提升生產力並贏得搶先問世商機。其中Ansys下一代工程模擬軟體、高效能運算(High-performance Computing, HPC)資源以及平台解決方案，幫助推動整個團隊的全球協作和資訊共享。 新品運用橫跨Ansys旗艦級套裝軟體的全新工作流程和動態功能，幫助工程團隊在任何環境皆能加速創新並催生最先進設計。Ansys Cloud的產品更新，整合Ansys解決方案和雲端HPC提供的高度具擴展性的運算能力。平台解決方案進一步強化工作流程，提供簡化流暢的用戶體驗，同時增強資料和配置管理功能、相依性視覺化和決策支援，以及用於流程整合、設計最佳化和材料管理等易於使用的工作流程。Ansys數位雙生解決方案支援設備遠端監控，是預測性維護的關鍵要素。 Ansys 2020 R2採用一系列全新技術推動自駕車開發和驗證，包含先進LiDAR模型，強化日光模擬、擴展相機鏡頭日間硬體迴路(Hardware-in-the-Loop)使用案例的新天空模型等。亦提供支援自駕車功能開發的完整新車評鑑計畫(New Car Assessment Program, NCAP)情境套件，能快速模擬標準NCAP測試情境，隨著先進駕駛輔助系統的普及，可望減少實體測試成本達50%。 此外，Ansys 2020 R2透過多GPU平行化改善以AI為基礎的感知軟體測試的部署、具擴展性和效能，有助於輕鬆實現系統性的危險檢測，並符合預期功能安全(Safety Of The Intended Functionality, SOTIF)等新型安全標準的要求。而為了支援5G應用，新品強化相位陣列天線分析功能，幫助工程師擴展HPC，模擬更大型複雜的設計。此外，工程師可運用整合積體電路(IC)、封裝和電路版工作流程的重大改進，實現電子可靠度和電熱建模。最後晶片上元件(On-chip Device)建模整合3D電磁模擬軟體，可針對敏感IC進行黃金標準認證(Gold Standard Verification)。

面對COVID-19疫情持續延燒，全球工程模擬領域商安矽思(Ansys)致力與客戶以及合作夥伴攜手應對挑戰，宣布將於6月10日至11日線上舉辦全球最大工程模擬高峰會，並與合作夥伴進行各類防疫情境與醫療病房與設備的設計製造等模擬，攜手應對COVID-19疫情帶來的嚴峻挑戰。 Ansys將於2020年6月10日和6月11日線上舉辦沉浸式虛擬實境高峰會Ansys Simulation World，希冀透過免費的數位模擬論壇，激勵並啟發高階主管、學者、產業領導者、工程師、研發以及製造專業人員等業界精英，深入瞭解工程模擬的變革力量與全新技術。活動將邀請Ansys總裁暨執行長Ajei Gopal、技術長Prith Banerjee以及具前瞻性的業界領導者進行主題演說，分享並探索當前蓬勃發展的自動駕駛、電氣化、工業物聯網、5G、數位轉型與LS-DYNA等領域的未來趨勢洞察，並瞭解如何運用Ansys模擬解決方案強化產品開發、工作流程與客戶體驗。 參加者可透過各類分組論壇、數位展區導覽、實作即時的「Ask the Experts Bar」、以及線上聊天室的小組討論，與專家、合作夥伴與使用者進行互動，瞭解模擬技術未來發展方向、Ansys全新產品、服務與解決方案，同時也可透過Ansys客戶案例分享，深入頗析最佳實踐，探討如何使用模擬工作轉變研發，並提升新品開發與推向市場的速度。欲報名者可造訪Ansys Simulation World進行註冊，即可自任何地點、透過任何裝置，免費參與線上高峰會。 而為幫助全球健康醫療人員、政策制定者以及組織與社區共同防疫COVID-19的挑戰，Ansys與合作夥伴攜手，透過Ansys工程模擬軟體，模擬各種COVID-19的傳播與感染途徑，藉由物理分析說明遠離感染的最佳方案，提供防疫洞察。重點包括：保持社交距離：由於病毒會快速在空氣中擴散，與人距離應維持在2公尺以上，重力會將飛沫液體拉到地面，風險大大降低。Ansys與合作夥伴埃因霍溫理工大學(Eindhoven University of Technology)Bert Blocken以及天主教魯汶大學(KU Leuven)Fabio Malizia建立模型，強調運動時應保持1.5公尺以上空間，避免跑步者或自行車騎士間的飛沫傳播。 正確配戴口罩：配戴口罩可將感染他人風險降低多達6倍，然而長時間配戴口罩會產生不適，醫護人員時常拿下口罩更會破壞臉部與口罩間密封效果，提升感染風險。透過模擬軟體可進行口罩位置調整確保與臉部正確密封。 模組化負壓隔離病房設計：負壓隔離病房能減少醫護人員在救治病患同時面對病毒暴露威脅。Ansys工程模擬軟體可演示負壓病房的不同設計，幫助改善通風口位置與送風機容量。 有效進行房間與設施消毒：Ansys與合作夥伴InSilicoTrials Technologies進行模擬實驗，改善消毒過程，能有效確保室內的潔淨。

Ansys新一代系統單晶片(system-on-chip, SoC)電源雜訊簽核(signoff)平台獲得台積電(TSMC)所有先進製程技術的認證，將協助共同客戶驗證全球晶片的電源需求及可靠性，並應用於人工智慧(AI)、機器學習、5G行動網路和高效能運算(high-performance computing, HPC)等領域。 圖　Ansys電源雜訊簽核平台獲台積電先進製程技術認證。來源：台積電 Ansys副總裁暨總經理John Lee表示：「我們和TSMC合作所展現的深度和廣度，顯現多重物理場簽核技術在 AI、5G、HPC、機器學習、網路、汽車與更多其他應用領域的價值和需求。由於電晶體技術的進展，RedHawk-SC能滿足不斷成長的平行處理及強大運算容量的需求，支援更多 3D 積體電路(IC)封裝技術應用。」 若能讓採用先進製程的晶片在有熱點存在，且電晶體切換行為高度多樣化的情況下，仍能可靠地運作，晶片設計者就無須對配電網路(Power Distribution Network)進行過度設計(Overdesign)。但由於先進製程遇到的技術限制增加，配電網路的規模也隨之顯著成長，加上使用先進製程的晶片往往內含上百億個點子節點，使得與先進製程搭配的設計工具必須支援大規模平行化，並具備非常高的容量。 為促進TSMC領先業界的製程節點發展(包含 N16、N12、N7、N6 及 N5 製程技術)，Ansys 與TSMC共同合作，完成Ansys RedHawk-SC的認證。認證項目包含擷取、電源完整性與可靠性、訊號電子遷移(electromigration, EM)、熱可靠性分析以及統計電子遷移預算(statistical EM budgeting)分析。RedHawk-SC能夠在基於大數據機器學習架構的高度平行化資料庫，以最佳化電子設計的Ansys RedHawk-SC中，執行簽核演算法來分析大量設計資訊，提供快效能並擴充容量。

安矽思(Ansys)發表的Ansys RaptorH，能幫助工程師加速並改善5G、三維度積體電路(3D-IC)和射頻積體電路(Radio-frequency Integrated Circuit)設計工作流程，這些積體電路的應用包括智慧型裝置、天線陣列(Antenna Arrays)和資料儲存系統。RaptorH結合Ansys旗艦級HFSS的逼真度以及RaptorX架構的速度和高容量，讓設計師得以縮小晶片尺寸、降低功耗、減少生產成本並縮短產品上市時程。 Ansys副總裁暨總經理John Lee表示，設計新世代電子設備的公司一方面試圖解決極端複雜的挑戰，相關工作流程既容易出錯又昂貴，一方面也面臨產品上市時程壓力。Ansys透過整合世界級的Ansys HFSS和Ansys RaptorX引擎，提供跨多種高速、高效能應用電磁效應及時處理單一分析解決方案。身為電磁學領域的品牌，很榮幸能推出Ansys RaptorH來延續先進技術。 從5G行動裝置和網路基礎建設的高效能系統晶片，到支援自駕車和工業互聯網的射頻收發器，線路設計都受到電磁學(Electromagnetics)的重大影響。Ansys RaptorH幫助客戶克服經常導致設計週期冗長、增加風險與成本、和使效能不符理想的有害干擾。 Ansys RaptorH的高度整合分析解決方案，讓設計師模擬先進奈米晶片設計，橫跨多晶片3D-IC、矽中介層(Silicon Interposers)和先進封裝的電磁現象，縮短設計週期並提高可靠度和完整性。

透過安矽思(ANSYS)2020 R1新功能，跨產品生命週期流程整合ANSYS技術，正加速數位轉型的過程。從運用ANSYS Minerva改善產品開發，到運用大幅簡化工作流程的ANSYS Fluent執行複雜模擬，再到運用ANSYS HFSS將電磁設計流程最佳化，ANSYS 2020 R1幫助企業引領創新，並創造高成本效益的設計。 Eaton資訊科技副總裁Todd Earls表示，推動數位轉型的關鍵在於適應不斷演化的環境，並以新方式運用既有工具和資料。由於未來模擬的運用可望進一步擴大，Minerva對Eaton十分重要，也在該公司更具規模的跨企業數位原型製作和積層製造(Additive Manufacturing, AM)方案上扮演要角。此外，追溯性和管理對於效率至關重要，而有許多設計生產零件的必要步驟需要運用AM或其他製程，ANSYS Minerva將有助於簡化使用體驗。 由於模擬幾乎會影響所有產品開發決策，用戶必須因應互通性(Interoperability)、資料和流程管理、高效能運算(High-performance Computing, HPC)整合和追溯性(Traceability)帶來的規模和複雜度挑戰。除此之外，整個工程團隊和產品生命週期都必須能廣泛運用複雜的多物理場模擬和最佳化資產。ANSYS 2020 R1藉由整個產品系列的升級和改進ANSYS Minerva來回應此一問題，讓客戶將模擬和最佳化與更大規模的產品生命週期流程連結。 ANSYS Minerva幫助企業將模擬智慧財產轉變為高價值可控制的企業資產、捕捉最佳實務、並以數位方式串接模擬和達到最佳化，較以往更廣泛地涵蓋整個企業。Minerva現在內建先進技術，可顯著改善工作流程並提升模擬流程和資料管理(Simulation Process and Data Management, SPDM)，包括有助改善支援決策的儀表板(Dashboard)、探索模型資料的動態3D視覺化工具、以及最先進系統以管理變更和確保資訊可靠度。

在傳統的IC設計流程裡，當晶片設計者完成線路布局(Place & Route)後，下一個步驟就是要藉由模擬來確認晶片設計是否能如預期運作，此一步驟又稱為設計簽核(Design Signoff)。由於先進製程的一次性工程成本(NRE)十分驚人，為了避免產品在投片後才發現問題，白白浪費時間與金錢，因此許多IC設計者都會在設計簽核階段非常小心地審視自己的晶片設計，以求萬無一失。 然而，隨著半導體製程線寬越來越細微，很多原本不被認為會引發問題的物理現象，都開始干擾晶片的正常運作。前幾年某晶片設計大廠的應用處理器，就發生過出貨後晶片無法穩定運作，需增加供電電壓才能恢復正常的事件。 業界一般認為，此問題的出現，跟電晶體密度過高引發的壓降(IR Drop)脫不了關係。IR Drop是一個典型的物理現象，跟電晶體的內阻有關。當電晶體數量太多，就像一個串聯電路上串連了太多燈泡，超過供電的負荷能力後，燈泡的亮度會因為電壓不足而變暗。也因為如此，在此事件之後，每年EDA工具商所舉辦的論文評選活動，討論IR Drop議題的論文總是能拿到前三名大獎。 先進封裝技術的普及，更使得晶片業者在開發產品時，必須考慮到更多更複雜的物理問題。例如多晶片封裝引發的機械結構問題，以及整合了天線的毫米波元件，必須審慎檢視電磁場的場型分布等。這些趨勢都使得多物理模擬開始在EDA工具流程中，扮演更舉足輕重的角色。 多物理模擬成為EDA必備工具 安矽思(Ansys)資深技術經理魏培森(圖1)表示，真實世界本身就是一個由多重物理現象所構成的世界，就像高品質的汽車頭燈設計，考量的不只有亮度、聚焦與發光效率，更多的輔助設計是在處理濕度與高溫造成的問題。 圖1　安矽思資深技術經理魏培森認為，為了解決IC設計所面臨的物理挑戰，模擬工具所扮演的角色將越來越重要。 晶片設計的情況也是一樣，隨著晶片的微型化與複雜度與日俱增，不單只是電源一致性(Power Integrity, PI)、訊號一致性(Signal Integrity, SI)與時序(Timing)等傳統設計簽核所包含的項目，在先進封裝興起的當下，異質結構的整合、散熱問題、熱形變、撞擊甚至是電磁干擾(EMI)的設計，也是目前晶片設計者在開發晶片時，必須要考慮的重點項目。 更複雜的是，這些物理問題往往彼此耦合，牽一髮動全身。例如電的損耗會轉變成熱能，熱則會造成晶片或模組的溫度上升，倘若溫度上升不均勻，還會造成型變，變成機械結構的問題，進而影響晶片的可靠度與使用壽命。這些都是目前晶片設計者目前所遭遇的多重物理挑戰。 益華電腦(Cadence)資深技術經理白育彰(圖2)則表示，由於晶片設計日益複雜，EDA工具的使用者對多物理模擬工具的需求，確實在近幾年逐步走強。在拜訪IC設計相關客戶時，很多用戶均提出與多物理模擬相關的需求。 圖2　益華電腦資深技術經理白育彰指出，用戶對多物理模擬方案的需求殷切，故該公司已將相關產品劃歸為一個事業部門，以強化業務發展。 事實上，Cadence在很多年前就已預見多物理模擬對EDA工具的重要性，並在2012年購併Sigrity，從SI領域切入多物理模擬後，持續擴張自身在多物理模擬領域的產品線。目前Cadence內部已將多物理模擬工具，包含Sigrity、Celsius、Clarity等劃歸為多物理系統分析(MSA)部門，以整合研發資源，強化業務推動。 多物理問題彼此耦合　工具必然平台化 由於真實世界裡的各種物理現象彼此間往往存在複雜的連動關係，因此多物理模擬工具必然要走向整合，才能幫使用者解決問題。 魏培森指出，現有的IC設計流程大多只有考慮到電氣行為的分析，也就是傳統的PI、SI跟Timing，對於物理特性的模擬並沒有完整的設計流程。這些都是全新的設計流程，也都正是Ansys現在正在著墨的。 首先，原來2D的思維要變成3D，傳統IC電氣分析都是2D的、都是平面的，但是眼前的物理現象都是3D的，熱的擴散、應力的變化都是3D的，所以模型必須改變。其次，材料資料庫要增加，包含熱阻係數、熱傳導率、比熱、密度、彈塑性、楊氏係數等材料特性的參數，都要納入資料庫。 此外，跟電氣行為的模擬相比，多物理模擬的維度也大不相同。像是穩態、暫態、線性、非線性等型態的模擬，以及如何建立熱源模型、模擬電-熱轉換，都是多物理模擬必須思考的問題。 有鑑於各種不同的物理現象之間，存在著千絲萬縷的連動關係，ANSYS首先提出Workbench設計平台，整合大部分的現有技術，提供熱、電、應力多物理的整合模擬平台，客戶可以Workbench上呼叫Ansys各種電、熱、應力旗艦產品，先進行單一物理現象的模擬，亦可以在平台上互相串連，如電損耗的輸出當成熱分析的輸入、熱分布的結果變成應力計算的能量不均勻分布，一環接一環得到最接近真實物理世界的模擬結果。 在晶片等級的分析上，除了aedt(ANSYS Electrical DeskTop)可以當作共模擬平台外，考量CPS(Chip、Package、System系統)各有各的設計know-how，彼此間不容易分享與取得最完整的3D模型進行資料串聯，ANSYS也提供CTM(Chip Thermal Model)、CPM(Chip Power Model)、CSM(Chip Signal Model)等標準模型格式，讓各個領域能有非常方便的共模擬模型。 白育彰則表示，Cadence的多物理模擬工具產品組合，也正在以平台化的模式不斷擴張中。除了處理SI、PI問題的Sigrity、負責熱模擬的Celsius，以及跟電磁(EM)有關的Clarity等獨立工具還會持續增添更多新功能外，跨工具的整合跟串聯，也是Cadence正在努力的方向。舉例來說，針對大尺度電磁模擬，主要是射頻(RF)相關設計，Clarity很快就會有新的功能發布。未來Cadence還會進一步推出光學跟應力有關的模擬工具，以滿足用戶需求。 但由於Cadence本身還有很強大的前段設計工具，因此除了水平方向的平台化之外，Cadence的多物理模擬工具其實更注重與前後段設計工具的整合。例如將模擬的結果跟前段設計工具串聯，讓客戶能更快完成產品設計。畢竟客戶不是為了模擬而模擬，而是為了晶片的製造才進行模擬。把模擬的結果跟設計工具無縫銜接起來，提高設計工程師的生產力，是Cadence獨特的競爭優勢。 由Cadence與Ansys的產品發展策略，可看出不同公司由於所處產業地位的不同，採取的策略也會大異其趣。Cadence顯然是將多物理模擬作為EDA流程中越來越重要的一環來經營，因此強調的是與前後段工具的整合，Ansys則是老牌的多物理模擬工具大廠，因此著眼點在不斷強化多物理模擬解決方案的涵蓋率，並且對於跟其他EDA公司的合作，抱持著開放態度。兩種策略取向有不同的優勢，但也有其弱點。IC設計者如何評估跟選擇，將是需要仔細思量的課題。

BlackBerry和安矽思(Ansys)攜手支援BlackBerry QNX即時作業系統(Real-time Operating System, RTOS)，可用於車聯網與自駕車，此次合作支援跨產業RTOS業者，助汽車業者提升新世代汽車和自駕系統的安全性和可靠度、降低開發成本並縮短上市時程。 BlackBerry QNX產品暨策略副總裁Grant Courville表示，電動汽車架構正迅速從硬體演變為軟體導向，如今在路上嵌入該公司軟體的車輛中超過1億5千萬台，因此BlackBerry QNX有能力回應此種演變趨勢。透過雙方合作，該公司提升支援大型OEM和汽車品牌的能力，並協助設計步驟，包括從功能應用設計至目標整合。 BlackBerry QNX和ANSYS將ANSYS SCADE嵌入式軟體開發環境和QNX Neutrino作業系統結合，以協助原始設備製造商(OEM)降低生產過程的風險，此二系統皆通過汽車產業嚴格的安全標準和最高層級認證ISO 26262 ASIL D。 ANSYS副總裁暨系統事業部總經理Eric Bantegnie表示，該公司致力於催生開放式生態系統，提供良好技術、解決方案和合作以支援全球客戶，整合關鍵應用嵌入式軟體設計環境以及BlackBerry通過市場驗證的QNX RTOS。ANSYS Autonomy解決方案涵蓋嵌入式軟體開發、系統設計、資安威脅和功能安全性分析、自駕系統、實體和虛擬駕駛模擬，以及以AI為基礎的嵌入式軟體驗證，與BlackBerry的技術聯盟為重要里程碑。