Finesimで回路のタイプを指定し，精度と速度のトレードオフをとる(finesim_mode)

finesim_modeオプションを使い，対象回路のタイプを指定できる．

.option finesim_mode=mode

modeは以下の7つがある．

Mode Target
spicead High precision analog circuits.
spicehd Highly sensitive analog circuits.
spicemd General SPICE mode for all circuit types.
spicexd Mixed signal design/Extracted Post Layout.
prohd Large mixed signal design/leakage/power simulations.
promd Timing simulations.
proxd Functional verifications.


対象回路のタイプを指定すると，タイプに応じてサブオプションが
以下のように変化し，精度と速度と回路規模のトレードオフをとってくれる．
hspiceでいる runlvl に相当するようだ．

model speed spred partition qlevel loadmodel tunit tsc
spicead 4.5 0.5 0 0 2 N/A 0.01p lte2
spicehd 4 0.5 0 0 1 N/A 0.01p lte1
spicemd 4 1 0 0 1 N/A 0.1p lte1
spicexd 3 1 1 0 1 N/A 1p lte1
prohd 3 1 1 1 N/A 4 1p lte1
promd 2 2 2 1 N/A 2 1p lte1
proxd 2 3 3 1 N/A 1 1p lte1

finesim_model はトランジスタモデルの選択，
finesim_speed は計算のタイムステップ，イベント信号，Newton-Raphson法での公差の制御，
finesim_spred はRC縮約の程度，
finesim_partition は回路分割の積極度，
finesim_qlevel は電流計算時の収束強度の設定，
finesim_loadmodel は回路分割時の容量モデルの設定，
finesim_tunit は基本となる時間解像度の設定，
finesim_tsc は過渡解析時の打ち切り誤差の設定，
をそれぞれ設定する

サブサーキットごと，ローカルに指定する事も可能．
.option finesim_mode="pattern:mode"[:subckt | :instance | :node | :device]

例えばインスタンス X1 以下のデバイスを spicemd 設定にできる．
.option finesim_mode="X1.*:spicemd":device
インスタンス名でなく，サブサーキット名で指定することもできる．
.option finesim_mode="INV*:spicemd":device

.opset を使うと，finesim_modeに応じて使うオプションを個別に追加することもできる．
.opset (finesim_mode=mode) option_name[=option_value] ....

spicemd の時だけ，計算法をgearにすることができる．
.opset (finesim_mode=spicemd) finesim_method=gear

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