新书上架！《Ansys芯片-封装-系统协同仿真：方法、验证与实践》Ansys中国CPS技术团队官方联合创作！

Ansys芯片 封装 系统协同仿真 方法 验证与实践 侯明刚 褚正浩 电源完整性 信号完整性 热完整性 高速接口仿真 Ansys芯片技术书籍

◆图书简介◆

本书详细介绍了Ansys芯片-封装-系统（Chip-Package-System，CPS）协同仿真方案的组成、应用流程和实践案例。通过使用CPS协同仿真方案，将芯片设计、封装设计和PCB系统设计结合起来。芯片工程师在芯片设计时能够生成代表真实工作状态的芯片电源、信号和热模型。系统工程师在系统分析时，可以利用芯片工程师生成的芯片模型，并充分考虑芯片对封装和PCB系统的影响，以全面改善电子设备的信号、电源和热完整性。同时系统工程师也会将封装和PCB的电磁模型和热边界条件传递给芯片工程师，完成考虑系统的芯片设计Sign off。

本书适合芯片、封装和系统设计等领域的工程师阅读参考，也适合电子工程、微电子等相关专业的师生学习。

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◆ 目录：◆

目录

推荐序

前言

第1章　Ansys CPS协同仿真

1.1　CPS协同仿真的必要性及挑战

1.1.1　CPS协同仿真的必要性

1.1.2　CPS协同仿真的挑战

1.2　Ansys CPS协同仿真的流程

1.2.1　Ansys CPS协同仿真流程概览

1.2.2　Ansys CPS电源完整性仿真流程

1.2.3　Ansys CPS信号完整性仿真流程

1.2.4　Ansys CPS可靠性仿真流程

第2章　AEDT

2.1　AEDT概述

2.1.1　什么是AEDT

2.1.2　AEDT工作环境介绍

2.2　HFSS 3D Layout项目建模

2.2.1　封装/PCB导入前准备

2.2.2　封装/PCB导入与切割

2.2.3　叠层编辑

2.2.4　过孔和焊盘编辑

2.2.5　建立新的Layout元素

2.2.6　创建Component和PinGroup

2.2.7　使用参数化变量

2.2.8　使用S参数模型

2.2.9　PKG+PCB Merge

2.2.10　PCB+3D Component组装

2.3　HFSS 3D Layout仿真参数设置

2.3.1　空气盒子与辐射边界设置

2.3.2　HFSS 3D Layout中的端口设置

2.3.3　求解设置

2.3.4　Mesh设置

2.3.5　HPC并行计算设置

2.3.6　HFSS 3D Layout仿真结果查看与后处理

2.4　SPISim S参数处理

2.4.1　S参数检查和修正

2.4.2　S参数去嵌

第3章　电源仿真

3.1　CPS电源仿真流程概述

3.2　直流仿真案例

3.2.1　背景知识

3.2.2　检查叠层

3.2.3　检查Padstack

3.2.4　准备Power Net

3.2.5　器件禁用

3.2.6　设置电压源、电流源

3.2.7　求解设置

3.2.8　开始仿真

3.2.9　查看Profile

3.2.10　查看Element Data

3.2.11　查看电压/电流/功率分布

3.3　交流分析案例

3.3.1　背景知识

3.3.2　设置电容参数

3.3.3　设置求解端口

3.3.4　设置求解项

3.3.5　运行和查看结果

3.3.6　调用SIwave求解器

3.3.7　HFSS和SIwave结果对比

3.4　电源瞬态分析

3.4.1　CPM介绍

3.4.2　CPM对电源阻抗的影响

3.4.3　2.5D/3D芯片电源分析

3.4.4　系统电源瞬态分析

3.4.5　电源噪声的电磁干扰分析

第4章　高速SerDes接口仿真

4.1　SerDes接口仿真概述

4.1.1　IBIS-AMI模型和建模

4.1.2　COM相关计算

4.1.3　PCIe总线

4.1.4　高速以太网总线

4.2　高速串行通道技术

4.2.1　均衡技术的使用

4.2.2　Tx端FFE

4.2.3　Rx端CTLE

4.2.4　Rx端DFE

4.2.5　CDR电路

4.2.6　PAM4

4.3　高速串行通道系统仿真分析

4.3.1　信道脉冲响应

4.3.2　通道时域AMI分析

4.3.3　通道统计VerifEye眼图分析

4.4　高速SerDes接口仿真案例

4.4.1　高速串行通道电磁场提取理想实践

4.4.2　112G XSR通道分析案例

4.4.3　PCIe4均衡系数优化

第5章　DDR/LPDDR设计仿真与合规检查

5.1　总体介绍

5.1.1　技术进步

5.1.2　设计挑战

5.2　接口特性

5.2.1　DDR4和LPDDR4

5.2.2　DDR4x和LPDDR4x

5.2.3　DDR5和LPDDR5

5.3　通道合规仿真

5.3.1　设计挑战

5.3.2　仿真方案

5.3.3　通道后仿真案例

5.4　IBIS建模

5.4.1　建模流程

5.4.2　批量建模

5.4.3　多模型合并

第6章　2.5D/3D先进封装仿真

6.1　先进封装介绍

6.1.1　先进封装演进

6.1.2　先进封装和Chiplet相结合带来的优势

6.2　HBM仿真案例

6.2.1　HBM简介

6.2.2　HBM的优势与设计仿真挑战

6.2.3　HBM无源通道S参数抽取

6.3　D2D仿真案例

6.3.1　HBM DQ信号有源仿真

6.3.2　眼图判别

第7章　PKG/PCB散热仿真

7.1　基础功能概述

7.1.1　MCAD/ECAD模型接口

7.1.2　网格

7.1.3　求解器设置

7.1.4　物理模型

7.1.5　可视化后处理

7.1.6　多物理场耦合

7.2　PCB电热耦合

7.2.1　背景知识

7.2.2　电热双向耦合

7.2.3　温变材料设置

7.2.4　电热耦合三大设置

7.2.5　导入PCB

7.2.6　修改求解空间

7.2.7　设置边界条件

7.2.8　设置监控器

7.2.9　设置网格

7.2.10　设置求解参数

7.2.11　设置双向耦合

7.2.12　启动求解

7.2.13　观察Profile

7.2.14　观察温度分布

7.3　封装热阻模型

7.3.1　双热阻模型

7.3.2　DELPHI热阻网络模型

7.3.3　双热阻模型实例

7.3.4　DELPHI热阻网络实例

7.4　芯片封装跨尺度仿真

7.4.1　概述

7.4.2　模型导入

7.4.3　模型的网格划分

7.4.4　参数设置

7.4.5　后处理显示及分析

7.4.6　小结

7.5　电子产品动态热管理

7.5.1　DTM概述

7.5.2　基于GUI/脚本的DTM仿真计算

7.5.3　基于降阶模型的DTM仿真计算

7.5.4　小结

第8章　片上无源元件仿真

8.1　片上无源元件的重要性

8.1.1　IPD的背景介绍

8.1.2　片上电容、电感

8.1.3　仿真的必要性

8.2　片上电感仿真案例

8.2.1　模型前处理

8.2.2　网格和求解设置

8.2.3　查看结果

8.3　片上电容仿真案例

8.3.1　叉指电容仿真

8.3.2　电容参数化建模仿真

第9章　仿真自动化

9.1　仿真自动化的必要性

9.2　仿真自动化的开发环境

9.3　AEDT脚本的录制和执行

9.4　IronPython环境概述

9.5　PyAEDT概述和安装

9.6　PyAEDT进行脚本的开发

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◆ 前言：◆

前言

随着芯片制造工艺一再突破物理极限，芯片设计的复杂程度和数据传输带宽不断提高，芯片的低功耗设计问题也越来越突出，尤其是各种手持移动设备的广泛应用，对功耗和散热提出了更高的要求。功耗的降低要求更低的供电电压，使得芯片对电源噪声、可靠性的容忍阈值也越来越低，同时翻转速率越来越高的I/O信号也带来严重的开关同步噪声问题。整个电子设计的成功与否已经无法单独依靠芯片或PCB设计来满足，必须全面考虑芯片与封装和PCB的相互作用，才能克服电源噪声及高速信号传输和散热性能在内的各种挑战。

Ansys是业内第一个提出CPS（芯片- 封装- 系统）协同仿真的工程解决方案供应商，该解决方案获得台积电和三星等多家半导体制造商认证。Ansys为芯片、封装和PCB协同设计提供了一套完整的解决方案，助力实现从芯片到系统的全方位仿真和优化。

在传统的电子设计流程中，芯片、封装和PCB设计往往是相互独立的环节，缺乏有效的协同和沟通。这种割裂的设计模式容易导致以下问题：

● 设计周期长：各环节独立设计，反复迭代，导致设计周期延长。

● 成本高昂：设计后期发现问题，需要进行大量返工，增加成本。

● 性能瓶颈：缺乏系统级考虑，难以实现整体性能优化。

Ansys CPS 协同仿真方案打破了传统设计模式的桎梏，将芯片、封装和PCB 设计有机地结合在一起，实现了以下优势：

● 缩短设计周期：通过协同仿真，提前发现并解决问题，减少设计迭代次数。

● 降低设计成本：避免后期返工，有效控制成本。

● 提升系统性能：从系统层面进行优化，实现性能最大化。

本书聚焦于Ansys CPS协同仿真方案，共分为9章，每章均由Ansys CPS团队经验丰富的应用工程师编写完成，全面介绍了Ansys CPS协同仿真方案的组成、应用流程和实践案例。

第1章：概述CPS协同仿真方案，介绍SI、PI、TI流程。

第2章：介绍AEDT软件，包括模型导入、仿真设置、结果查看等操作。

第3章：讲解电源仿真，包括仿真挑战、案例分析和CPM在PI仿真中的应用。

第4章：介绍高速SerDes接口仿真，包括IBIS-AMI模型、COM模型和串行仿真案例。

第5章：讲解DDR/LPDDR设计仿真与合规检查，包括DDR总线介绍、仿真方法和合规性检查。

第6章：介绍2.5D/3D先进封装仿真，包括HBM仿真案例和D2D仿真案例。

第7章：讲解PKG/PCB散热仿真，包括基础功能、电热耦合、封装热阻和CPS Thermal。

第8章：介绍片上无源元件仿真，包括模型导入、建立流程和仿真案例。

第9章：讲解仿真自动化，包括基于录制脚本开发、基于PyAEDT开发。

本书理论与实践相结合，不仅介绍了理论知识，还提供了丰富的实践案例，帮助读者快速掌握CPS协同仿真技术；图文并茂，易于理解，采用大量图表和实例，使内容更加直观易懂；紧跟技术发展趋势，涵盖先进封装、高速接口等前沿技术，帮助读者把握行业发展方向。

在此要感谢机械工业出版社林桢编辑为本书出版提供的帮助。Ansys CPS团队应用工程师褚正浩、冯雪刚、郭永生、何里、廉海浔、王鑫、张百玲、张理想、张向月、赵阳和周小侠也参与了本书编写工作。

由于作者水平有限，书中难免会有错误和不妥之处，恳请广大读者批评指正。

◆ 序言：◆

推荐序

当今世界正经历着一场由数字化、智能化驱动的深刻变革。作为电子信息技术产业的核心基石，芯片、封装和PCB系统设计扮演着至关重要的角色，三者相互依存，协同创新，共同推动着电子产品向着更小、更快、更强、更省电的方向发展。同时，人工智能、5G通信和物联网等新兴技术的快速发展，也为电子信息技术产业带来了广阔的市场空间。

仿真在整个设计到制造流程中扮演着越来越关键和核心的角色，它将从设计、制造到测试的各个环节紧密结合在一起，从而减少了芯片重新流片的次数和成本。

现代芯片的集成密度极高，再加上3D堆叠和异构集成等先进封装技术，使得迭代物理原型设计的成本变得高昂且耗时。而且在设计的早期阶段，错误常常难以察觉，这可能导致芯片多次重新流片、良率损失和产品上市延迟。而仿真有助于在流程早期减少错误数量，加快产品上市时间，降低缺陷率，并提高整体设计效率。

Ansys CPS协同仿真平台可以从深度和广度上提供多种先进技术来帮助电子设计团队应对各种挑战，特别是在协同设计、先进封装和RF模块设计领域的挑战。Ansys强大的电磁、热和结构应力多个物理场仿真、多物理场耦合仿真和高性能计算（HPC）能力是如此引人注目。

作为工程仿真解决方案行业的领导者，我们坚信，Ansys CPS协同仿真方案将为电子信息技术产业带来革命性的变革。我们期待与广大客户和合作伙伴携手共进，拥抱芯片、封装与系统协同仿真设计的新时代，共同推动电子设计技术的进步，共创美好未来！

Ansys大中华区总经理，副总裁 马金梭

◆ 作者简介：◆

Ansys中国CPS（芯片-封装-系统）技术团队官方联合创作。