華大九天Liberal GT可將單元庫特征化提取效率提高10X，同時為行業(yè)在功耗控制與空間節(jié)省上提供更優(yōu)解決方案。

一套先進(jìn)工藝的工藝庫，采用傳統(tǒng)CPU的方式進(jìn)行單元庫特征化提取，如果一個月完成，需要20,000個CPU，連續(xù)不間斷的每天工作24小時，30天消耗的CPU總小時數(shù)（CPU時）高達(dá)：2萬*30天*24小時=1440萬CPU時，對，你沒有看錯，0.14億 CPU時；因此甚至企業(yè)需要建立大型數(shù)據(jù)中心。借助加速計算，現(xiàn)在僅需要使用192個GPU即可完成，即192個GPU可以取代原先2萬個CPU的工作。而且耗電降低5X，空間降低5X。Liberal GT，既加快了研發(fā)速度，同時又降低了成本、空間要求和功耗。

這正是全球首款 GPU K庫工具，華大九天Empyrean Liberal GT產(chǎn)品。它通過集成基于 CPU-GPU 異構(gòu)計算框架的 SPICE 仿真器 ALPS GT，將GPU的強(qiáng)大算力引入特征化提取領(lǐng)域，重新定義了K庫的能效，為先進(jìn)工藝高性能芯片贏得先機(jī)。

半導(dǎo)體領(lǐng)先企業(yè)推進(jìn)Liberal GT的發(fā)展

先進(jìn)工藝下，晶體管規(guī)模呈指數(shù)級遞增，設(shè)計復(fù)雜程度也與日俱增。標(biāo)準(zhǔn)單元庫發(fā)揮著不可替代的基石作用，是組成數(shù)字集成電路的基本構(gòu)件。對最終芯片的PPA（性能、功耗、面積）表現(xiàn)有重要影響。

然而，這塊“基石”的構(gòu)建過程——單元庫特征化提?。↙ibrary Characterization，在不同PVT組合的條件下，對標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行SPICE仿真，生成業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的.lib時序模型文件的過程），正逐漸成為制約先進(jìn)工藝節(jié)點芯片設(shè)計效率的重大瓶頸。伴隨PVT的組合數(shù)量爆發(fā)式增長，芯片設(shè)計中的單元類型與數(shù)量大幅增加，相關(guān)模型的復(fù)雜程度也隨之急劇攀升。

這一切致使特征化提取所需的計算量呈幾何級數(shù)增長。在傳統(tǒng)設(shè)計流程里，完成一套完整的標(biāo)準(zhǔn)單元庫特征化提取，耗時數(shù)周甚至數(shù)月已成為常態(tài)。這不僅延緩了芯片設(shè)計的整體進(jìn)度，消耗著寶貴的研發(fā)窗口期，還增加了項目的迭代成本與風(fēng)險。EDA行業(yè)迫切需要一場技術(shù)革新，以打破這一“時間困局”。

破局而出：Empyrean Liberal 單元庫特征化解決方案

華大九天副總經(jīng)理、EDA工程中心總經(jīng)理董森華表示：“面對先進(jìn)工藝單元庫特征化挑戰(zhàn)，華大九天推出了業(yè)界領(lǐng)先的單元庫特征化提取和驗證解決方案——Empyrean Liberal。它并非單一的工具節(jié)點，而是一個覆蓋’高精度提取 - AI 加速 - 質(zhì)量驗證’全流程的綜合性平臺，旨在為用戶提供快速、精準(zhǔn)且可靠的標(biāo)準(zhǔn)單元庫時序和功耗模型生成能力。Liberal GT 是 Liberal 家族的核心成員，它通過集成基于 CPU-GPU 異構(gòu)計算框架，以10X的提速能力，開啟了 K 庫效率的新紀(jì)元。 ”

核心引擎升級：Liberal GT 引爆K庫速度革命

單元庫特征化提取過程中的海量SPICE仿真，需要對單個cell調(diào)用數(shù)百萬次計算任務(wù)，這與GPU的并行計算模型高度契合。Liberal GT敏銳地察覺到了這一點，通過與 CPU-GPU 異構(gòu)計算的SPICE仿真器Empyrean ALPS GT深度集成，將這一具有革命性的計算模式引入到了單元庫特征化提取流程中。 這正是Liberal GT實現(xiàn)性能飛躍的底層邏輯。

Liberal GT 的技術(shù)革新主要體現(xiàn)在：

CPU-GPU 異構(gòu)計算框架：Liberal GT不再單純依賴CPU，而是將計算負(fù)載進(jìn)行智能化分配，交由CPU和GPU共同承擔(dān)。其中，CPU負(fù)責(zé)任務(wù)調(diào)度、邏輯控制以及部分不適宜并行處理的計算工作；而GPU則專注于執(zhí)行海量的、可并行的SPICE仿真任務(wù)。二者分工明確、配合默契，將混合計算硬件的綜合性能發(fā)揮到了極致。

小任務(wù)并行化海量求解算法：鑒于單元庫特征化提取中每個仿真任務(wù)計算量較小，但總?cè)蝿?wù)量極為龐大的特性，Liberal GT研發(fā)出了創(chuàng)新的海量求解算法。該算法能夠?qū)Τ汕先f個獨立的仿真任務(wù)進(jìn)行高效批處理與打包，一次性將其“輸送”至GPU的數(shù)千個核心同時進(jìn)行計算，從而最大程度地挖掘了GPU的并行計算潛力。

高效的任務(wù)調(diào)度與資源管理機(jī)制：在異構(gòu)計算環(huán)境下，高效調(diào)度任務(wù)、管理數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)是決定最終效率的關(guān)鍵所在。Liberal GT具備智能的任務(wù)調(diào)度機(jī)制，能夠?qū)崟r監(jiān)測CPU與GPU的負(fù)載狀況，動態(tài)調(diào)整任務(wù)分配策略，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲和計算等待時間，確保整個硬件系統(tǒng)以最高效率穩(wěn)定運行。

性能飛躍：實測數(shù)據(jù)見證壓倒性優(yōu)勢

在多個客戶案例的測試中，Liberal GT呈現(xiàn)出了驚人的平均10X量級的性能提升：

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，無論是對于CCS模型，還是更為復(fù)雜的LVF模型，Liberal GT均實現(xiàn)了近乎一個數(shù)量級的性能提升，最高加速比可達(dá)15.3倍！過去完成復(fù)雜的LVF K 庫任務(wù)需要耗費近三天（69小時），如今僅需7個小時。在先進(jìn)工藝?yán)铮鎸ι锨€ cell，原本需通宵運行的任務(wù)，現(xiàn)在能在極短時間內(nèi)完成為芯片設(shè)計企業(yè)帶來了顛覆性的戰(zhàn)略價值：

支持更多PVT Corner：在相同的時間范圍內(nèi)，能夠完成更多、更全面的PVT組合特征化提取，從而構(gòu)建更為魯棒、覆蓋范圍更廣的單元庫，有效降低流片風(fēng)險。

降低硬件成本：一臺配備GPU的服務(wù)器所提供的K庫“產(chǎn)能”，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過多臺純CPU服務(wù)器，顯著提升了計算資源的投資回報率。

促進(jìn)設(shè)計優(yōu)化與創(chuàng)新：設(shè)計人員可以更快地完成單元庫特征化，從而支持更快速的設(shè)計迭代和PPA優(yōu)化。

加速產(chǎn)品上市TTM（Time To Market）：設(shè)計團(tuán)隊能夠更迅速地獲取所需的標(biāo)準(zhǔn)單元庫，進(jìn)而縮短從前端到后端的整體設(shè)計周期。

全面與精準(zhǔn)：速度之外，Liberal對質(zhì)量的堅守

Liberal GT在追求極致速度的同時，始終未對精度和質(zhì)量做出任何妥協(xié)，確保了所生成單元庫具備簽核級品質(zhì)：

全面的單元類型支持：無論是基礎(chǔ)單元（如Inverter/Buffer/MUX/DFF等）、復(fù)雜單元（如多位觸發(fā)器Multi-bit Flip-Flops、低功耗單元Low-power Cells），還是用戶自定義的特殊單元，都能給予全面支持。

先進(jìn)的時序模型生成：完美支持NLDM/NLPM/CCS/CCSP/CCSN/LVF等全系列時序模型，尤其是對先進(jìn)工藝節(jié)點簽核極為關(guān)鍵的LVF模型，保障了時序分析精度。

內(nèi)置的質(zhì)量驗證流程：能夠便捷地比較兩個庫之間的數(shù)據(jù)、屬性和結(jié)構(gòu)差異，對比CCS和NLDM數(shù)據(jù)精度，開展電壓/溫度敏感性分析，校驗內(nèi)插值精度等。

結(jié)語：擁抱算力新范式，筑牢堅實“芯”基石

Liberal GT創(chuàng)新性地采用CPU-GPU異構(gòu)計算技術(shù)，成功突破了標(biāo)準(zhǔn)單元庫特征化提取的瓶頸，將K庫處理時間從以“月”為單位大幅壓縮至以“天”為單位這并非僅僅是工具性能的簡單線性提升，而是由算力革命所推動的設(shè)計方法學(xué)范式的重大轉(zhuǎn)變。這種方法學(xué)的革新，為全球芯片設(shè)計者提供了穩(wěn)固且敏捷的“基石”構(gòu)建能力，助力他們在激烈的市場競爭中始終保持領(lǐng)先地位，為萬物智聯(lián)的數(shù)字世界注入核心動力。

北京華大九天科技股份有限公司（簡稱“華大九天”）成立于2009年，一直聚焦于EDA工具的開發(fā)、銷售及相關(guān)服務(wù)業(yè)務(wù)，致力于成為全流程、全領(lǐng)域、全球領(lǐng)先的EDA提供商。

華大九天主要產(chǎn)品包括全定制設(shè)計平臺EDA工具系統(tǒng)、數(shù)字電路設(shè)計EDA工具、晶圓制造EDA工具、先進(jìn)封裝設(shè)計EDA工具和3DIC設(shè)計EDA工具等軟件及相關(guān)技術(shù)服務(wù)。其中，全定制設(shè)計平臺EDA工具系統(tǒng)包括模擬電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)、存儲電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)、射頻電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)和平板顯示電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)；技術(shù)服務(wù)主要包括基礎(chǔ)IP、晶圓制造工程服務(wù)及其他相關(guān)服務(wù)。產(chǎn)品和服務(wù)主要應(yīng)用于集成電路設(shè)計、制造及封裝領(lǐng)域。

華大九天總部位于北京，在南京、成都、深圳、上海、香港、廣州、北京亦莊、西安和天津等地設(shè)有全資子公司，在武漢、廈門、蘇州等地設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。