HSPICE互換シミュレータ

HSPICE はゴールデンな回路シミュレータですが，みんなが使うのでライセンスがなくなりやすい．パンがなければお菓子を食べれば(ry と言われるけれど，じゃあどんなお菓子(選択肢)があるのか気になります． 代替になりうるシミュレータについて調べてみた．

・FineSim SPICE
旧Magma の SPICE / FastSPICE シミュレータ．HSPICE 向けの記述がほぼそのまま動きます．今は Synopsys が売り出しているから安心？
finesim  spice.sp -mode=spicemd -np [numCPU] -auto -spice

・Eldo
Mentor Graphics の SPICE シミュレータ．HSPICE 互換モードがある(-compat)．欧州では結構メジャーらしい．
eldo -compat spice.sp

こちらの環境ではプロセスコーナーオプションの指定に難があり，ライブラリが多段になっていてなかでプロセスコーナーオプションの名前が変わる場合(例えば，最初の.libで"TT"オプションを指定し，呼び出した次の.libでは"tt_core"オプションになる)に追随できないようで，最終的に「そんなトランジスタモデル無いよ」と言われてエラーが出る．
トランジスタモデルが暗号化されているからかもしれない．
そもそもこの PDK の設計がクソという意見もある．

・Spectre
Cadence の SPICE シミュレータ．HSPICE 互換モードがあるのか調べてません．

・SmartSpice
Silvaco の SPICE シミュレータ．某所ではバイナリがなくなってしまったので未調査．ライセンスはまだ発行されているっぽい？？

LTspice や Ngspice が商用 PDK で動くかどうかは知りません．計算結果もあまり変わらない Finesim でいいんじゃないかな．

FineSimで波形ファイルのフォーマットを指定する

FineSimで波形ファイルのフォーマットを指定するには以下の設定を加える．

.option finesim_output=[fsdb|wdf|psf|tr0|utf|psfascii|none|out]  

デフォルトではfsdbになる．noneを設定すると，.probeや.option postに関係する設定を全て無視するそうだ．

FineSimでfsdbのバージョンを指定する

FineSim M-2017.03で波形ファイルを出力するとデフォルトでfsdbのversion 5.5になる．Custom Waveview の2016.06-SP2では，fsdbのバージョンは5.4までしかサポートしておらず波形を読めない．

FineSimの出力するfsdbのバージョンを指定するには以下のオプションを使う．

.option finesim_fsdb_version=[5.4|5.5] 

FineSim M-2017.03ではfsdbの5.3以下のバージョンはサポートされないらしい．悲しい．

FineSimを使ってみる

TAU Workshopで「HSPICE遅すぎるんですけど(><)」って文句を言いまくっていたら，「FineSimいいよ，マルチコア対応だし速いし」と元MagmaからSynopsysに移った人がお勧めしていたので使ってみた．試したのは FineSim M-2017.03-SP2-5，普段使いは HSPICE J-2014.09-SP1-2 ．FineSimをSPICE互換モードで利用するには以下のようにする．マルチプロセッサで実行するために-np [numCPU] を付けている(HSPICEの-mtと同じようだ)．-autoオプションを付けると，独立したsweepを別プロセッサで実行する(HSPICEの-mpと同じようだ)．

% finesim  spice.sp -mode=spicemd -np [numCPU] -auto -spice

あるプロセスのDFFのD2Q遅延とセットアップ時間を評価してみた．D2Cを変えながらD2Qの最小値を求める．

D2Q遅延：1.4% の差(FineSimの方が速い)
Setup：同じ(刻みは0.1ps)

ほとんど同等の結果だ．

速度は以下のような感じ．201点スイープです@intel Core i7 4790K 8-thread．

HSPICE (-mp -merge) 37秒
FineSim (-np) 22秒
FineSim (-np -auto) 13秒

めっちゃ速い．FineSimは標準出力へのログの吐き出しが無ければもっと速くなりそう．

気になったところ
・HSPICEの構文解析でOKな記述がFineSimではエラーになったりする．
・.measureに失敗したときに，HSPICEは"failed"と表示するが，FineSimは"error"と表示する．
・FineSim-EmbeddedというのがSiliconSmartに入っていてライセンス無く使えるらしい．
・FineSimは2つの解析エンジンを持っているので，どちらのエンジンで実行すべきか指定する(指定しないと自動選択されるらしい)．
(1) FineSim Pro，回路分割を行いマルチCPUで解く．いわゆるFastSPICEでほどよい精度と速度のトレードオフをもつ．オプションは-mode=promd
(2) FineSim SPICE，回路分割を行わなず，単一のマトリックスをマルチCPUで解く．いわゆる普通のSPICEでSPICE精度を保ちマルチコア対応で速い．オプションは-mode=spicemd