案例應(yīng)用 | ACEM在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、人工智能和深度學(xué)習(xí)、高算力領(lǐng)域的應(yīng)用：系統(tǒng)鏈路并行信號完整性分析與仿真

PART1  適配行業(yè)

ACEM是由芯瑞微(上海)電子科技有限公司，基于自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)開發(fā)的三維電磁仿真軟件。

作為任意三維結(jié)構(gòu)全波電磁仿真工具，ACEM依托強大的3D編輯、自動參數(shù)化和極低的內(nèi)存占用特性，搭載imesh智能加密和網(wǎng)格后處理引擎，高性能的GPU加速，可并行加速的HPC特性，適配于半導(dǎo)體、計算機、通信網(wǎng)絡(luò)、車用電子等多個行業(yè)的設(shè)計和仿真。

本次案例展現(xiàn)了ACEM對于DDR5內(nèi)存的優(yōu)化。在云計算、大數(shù)據(jù)分析、虛擬化等大規(guī)模數(shù)據(jù)中心;人工智能和深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域;科學(xué)計算、工程模擬、氣象預(yù)測等高性能計算領(lǐng)域，ACEM都能夠在實際應(yīng)用層面，提供參考與借鑒。

PART2  場景描述

現(xiàn)在電子系統(tǒng)設(shè)計中,基于DDR5總線技術(shù)的擴展應(yīng)用越來越多,而DDR5總線的最高傳輸速率已經(jīng)達8.4GT/s。如何保證DDR5總線傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量,在特定板材下的傳輸距離長度是多少，等等,都已成為電子系統(tǒng)設(shè)計必需面對的設(shè)計難題。

本案例針對DDR5總線的高速率、高帶寬、高性能以及點對點傳輸方式的特點,展開了基于POP結(jié)構(gòu)的DDR5鏈路設(shè)計與信號完整性(SI)仿真技術(shù)的研究,并結(jié)合上述問題對所設(shè)計的鏈路進行SI仿真,詳細分析仿真結(jié)果,以此來研究DDR5的數(shù)據(jù)傳輸速度和吞吐量等信號完整性問題。

PART3  案例簡介

此案例為POP的封裝設(shè)計，用戶通過ACEM來優(yōu)化高速并行接口走線設(shè)計，使信道質(zhì)量符合設(shè)計要求。模型如下圖所示：

PART4  仿真設(shè)置

4.1 生成仿真模型，選擇Net和Component設(shè)置

Net Editor 區(qū)域選擇一組DDR信號進行仿真、勾選相關(guān)參考電源、參考地網(wǎng)絡(luò);

Component Editor 區(qū)域設(shè)置焊球、port相關(guān)參數(shù);

在 Information 區(qū)域選擇仿真模式，點擊 Generator cut model 即可生成模型。

4.2 設(shè)置仿真參數(shù)

PART5  仿真效果

5.1 S參數(shù)分析

回損：DQ0-DQ7回損在10G以內(nèi)滿足-10db的要求。

插損：其他端口滿足在-3db以上，DQ0的信號未滿足要求。

串?dāng)_：其他端口滿足在-30db以下，DQ5的信號未滿足要求。

從眼圖可以看出在6400Mbps的眼高為：0.173，眼寬為9.062E-11。

發(fā)現(xiàn)眼睛張開不是很理想，通過在接收端設(shè)置均衡調(diào)整之后，眼寬和眼高在6400Mbps能夠滿足要求，以及通過合適的信號線寬度和阻抗匹配，減少傳輸線的功率衰減和反射。使用終端匹配電阻，降低信號反射和串?dāng)_的影響。在電路板設(shè)計中增加地平面和電源層，以提供足夠的屏蔽和隔離，合適地布局阻擋層，減少信號之間的干擾，優(yōu)化后串?dāng)_滿足相關(guān)技術(shù)性指標(biāo)。

PART6  ACEM在此案中的價值點

在現(xiàn)代計算系統(tǒng)中，DDR5(第五代雙倍數(shù)據(jù)率)是一種高性能的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)，可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和吞吐量。為了確保DDR5在實際應(yīng)用中具有穩(wěn)定和可靠的性能，進行并行仿真以評估其信號完整性是至關(guān)重要的。

本案例通過ACEM仿真軟件仿真對DDR5信號的SI分析，得出最高速率信號在頻域的spec，提出改善信號傳輸質(zhì)量、保證信號完整性的方法, 為實際應(yīng)用提供了有益參考與借鑒。