Question

简述spice的四种level的区别

简述spice的四种level的区别

Answer 1

　　HSPICE
　　先来说说HSPICE,记得我们前面讲过的批处理运行吧。在当时的大公司里，这是电路仿真标准的运行方式，但这么做的效率太低了。设计者需要尽量短的时间看到仿真结果，然后修改电路参数再做仿真。如此多次以达到最佳结果。有俩个孪生兄弟ShawnHailey及KimHailey，当时都在AMD做设计，看到了这里面的问题。与其让几百个客户排队等一个银行柜员，为什么不让每一个客户都有一个柜员呢？问题就是商机。他们决定跳出来开自己的公司。于是78年，Meta-Software成立了，他们把改进的SPICE变种取名为HSPICE（你现在明白了吧，为什么要以H开头？这可是兄弟俩姓的第一个字母啊）。他们把SPICE2从大型机移植到了VAX小型机上，后来又移植到Sun工作站上。就这样，借着计算机硬件改朝换代的东风，越来越多的公司开始使用HSPICE了。直到如今，这个HSPICE成了工业界的”金标准“。只要你做个仿真器，人们一定会跟HSPICE比结果的。而且，在SPICE前面加一个字母成了时尚。到今天，有人开玩笑说A-SPICE一直到Z-SPICE都已经被人用过了（当然，HSPICE仍然是最出名的）。
　　有人可能会问：要是我当时也把SPICE移植到小型机上，我是不是也可以成功？呵呵，成功的要素有很多，光用一条是远远不够的。比如说用户的反馈就是相当重要的一条。举个例子，HSPICE是第一个把器件模型库卡（.LIB）和结果测量卡（.MEASURE）做进去的。像这样的例子还有很多。这些虽然不是什么革命性的技术创新，但它们很实用，能大大提高用户的使用效率。甚至某些时候，对用户来说，这样的小改进比创新的算法更重要。
　　前面我们提到了七八十年代有很多的 MOSFET器件模型。HSPICE把能拿到的器件模型都收进去了。所以，HSPICE的MOSFET器件模型是最全的（不信的话，你就去拿本HSPICE的MOSFET模型手册读一下–注意，它是一本独立的手册。也就是说，光是它里面的七八十个MOSFET模型就是一本书了）。但这样还不够。Meta还开发了自己的MOSFET模型：Level28。他们跟用户的工艺线紧密联系。在工艺线流片之前，相应的器件模型参数已由芯片加工厂（foundry）提供给芯片设计者了。如果你是设计者，你还能不用它吗？这样做的结果直接导致了HSPICE用户群急速的扩大。就像滚雪球一样，一旦超过了临界质量（criticalmass），它自己就会越滚越大。据Meta-Software的人说，在公司巅峰的时候，他们的销售员就是一台传真机。你只要把传真机号码告诉客户，他们就把订单发来啦（那时候的钱真好赚啊，当然公司里肯定不止一台传真机）。从78年成立到96年这18年期间，公司一共卖出了一万一千多套HSPICE，它的年成长率达到了25-30%。
　　1996年Meta-Software被Avant!收购。到2001年，Avant!又被Synopsys收购。关于Avant!的故事有很多。这个公司（包括它的头JerryHsu）就像EDA业界的一匹黑马。它的故事足可以写另一个长篇了。这里且按下不表。
　　Meta-Software兄弟俩中的老大，ShawnHailey，已于2011年去世。在此之前，他把自己的名字改成了AshawnaHailey。

　　PSPICE
　　PSPICE像HSPICE一样，PSPICE的故事也跟它的名字有关。首先，这第一个字母“P”并不是其创始人的名字。事实上，创始人的名字WolframBlume里根本没有字母“P”。那这字母“P”到底是什么意思呢？对了，它就是PC。PSPICE的发展跟PC的发展是密不可分的。但这并不是PSPICE的初衷。
　　时间回到1984年，那时WolframBlume从加州理工（CalTech）毕业加入南加州一家半导体公司。工作中，他听到很多抱怨，说公司内部的SPICE速度太慢了。这位老兄也不含糊，立马对其SPICE来了一个详尽的分析。结果发现，大部分时间花在了算 MOSFET模型的方程上（记得前面我们讲的MOSFET的复杂性吧）。他一想，如果能用硬件来并行处理这些方程，岂不就可以加快仿真速度了吗（呵呵，又是一个看到商机的主）？恰恰那个时候英特尔推出了支持硬件并行的8085/8086/8087。说干就干。这位老哥创立了MicroSim公司。又是在这时，IBM推出了基于Intel芯片的IBM－PC。另一个机会又来了：只要把SPICE从大型机上移植到PC上就行了。这事儿比起第一个事儿简单太多了。可是，人们当时认为PC就是个游戏机而已，没人拿它来做什么正经事儿（呵呵，看看现在不还是这样吗？）。所以，这位老哥并没有把这第二件事看得太重，而是集中绝大部分精力和资源去做硬件并行。
　　当时的IBM-PC有640KB内存。最大的数组只允许64KB内存。而SPICE是用一个巨长的数组来存储所有的数据。把SPICE的数据放到IBM-PC的结构，用这位老哥的话说，就像把一只鲸鱼塞进一个金鱼缸里。但他们做到了（中间略去他们N个睡不着的工作之夜）。并行硬件的确加快了方程的处理，可他们也快没钱了。这位老兄忽然想到，咱不是把SPICE移植到PC上了吗？咱就先卖着这个软件，用卖它的钱继续开发咱的并行硬件。就这样，PSPICE就开始在PC上出现了。
　　最初这位老兄想卖硬件加速器的PSPICE版本，可结果恰恰相反，俩年后，纯软件的PSPICE卖出去了一千多套，而硬件加速器只卖了俩套。到这时候，这位老兄也明白了。做硬件吃力不讨好，市场并不需要。他把卖出去的俩套硬件加速器又自己买了回来（当然又半卖半送给人家N套纯软件的版本）。
　　同学你看，一个高新复杂的技术并不一定会做出一个卖座的产品。反过来，一个貌似简单的技术可能很受市场的欢迎。另外，PSPICE虽然不是赚钱最多的，但它的用户数绝对是最大的（遍及全世界五大洲）。你可以下载一个免费的PSPICE用。当然，只限于十个晶体管。但这对一般学生的学习来讲，大部分情况下已经够用了（想一想当年的大型机也就只能算这么多）。你如果在网上搜一搜，就会发现阿拉伯语（以及其他语言）的PSPICE教材。你如果是在校生的话，很可能也在用PSPICE。
　　下面是PSPICE第二版的封面。

　　MicroSim1998年被OrCAD收购。OrCAD在2000年又被Cadence收购。

　　Spectre
　　Spectre话说89年，伯克利毕业了最后一批做SPICE研究的学生。其中一个叫 KenKundent。Ken非常有才气。他在伯克利的研究成果后来成为了安捷伦的微波仿真软件。同时他的傲气也不小。在加入了Candence后，他看到HSPICE卖的很火，就决定做个新的仿真工具去取代它。这就是Spectre。据说他用了俩个星期就写出了第一个版本（呵呵，不愧是伯克利SPICE大本营出来的）。SPECTRE比HSPICE要快俩三倍，还具有更高的精度及更好的收敛性。但它并没能取代HSPICE。为什么呢？一个原因是兼容性。SPECTRE的输入格式跟HSPICE有很大不同。Ken计算机编程的功底很深，他设计的Spectre的输入格式像C语言一样。虽然从计算机语言角度看，Spectre的输入比HSPICE的输入更规范，但SPICE的用户是电路设计者，他们才不管你的语言多么优美，只要好用就行。另外，如果你是个电路设计者，花了几年功夫好不容易才学会了一种语言格式，用它已经写了成百上千个电路网表，而且它们都工作的好好的，为什么要去换成另外一个呢？另外，还有一个更重要的原因，就是用户对HSPICE的信赖。这种信赖不是一时半会儿就能建立起来的。它是经过几十年，成千上万遍仿真，几百次tapeout（送出去流片）才能形成的。怎么能说换就换呢？
　　Ken琢磨着，既然更快更好还没办法取代SPICE，那我们就得做点SPICE没有的东西。做什么呢？恰好在九十年代中期，一种标准的设计语言VHDL开始向模拟电路扩展，这就是VHDL-AMS（VHDL的模拟电路及数模混合电路描述语言）。（这里再插一句，最早的数模混合电路描述语言是MAST，它是Analogy公司的仿真器Saber里面使用的。VHDL-AMS是基于欧洲Anacad公司开发的HDL-A语言发展而来的。后来Anacad的仿真器成为Mentor的Eldo）。但当时还没有Verilog的AMS扩展（原因是VHDL主要在欧洲使用。而Verilog主要在美国使用）。Ken就想，好吧，我们也来做个标准的设计语言到Spectre里。这就是Verilog-AMS（Verilog的模拟电路及数模混合电路描述语言）。不过这事儿说起来容易做起来难。首先，既然你是标准，那就要大伙儿都同意。让大伙儿都同意的事是要花时间的，没那么快。其次更重要的，是你要让模拟电路设计者来学习并使用这个语言。这可是比登天还难的事儿。如果你是一个模拟电路设计者，你想想你在学校的课本上看到的是运放的电路还是它的描述语言？当然是电路了。至少到今天为止，还没有一本模拟电路的教科书是只用描述语言的。你再看看数字电路的教材，几乎全部都是 VHDL或 Verilog描述语言（呵呵，如果你还用晶体管来设计数字电路，那你的年龄够大了）。另外，当你做模拟设计的时候，你是在搭晶体管电路呢，还是在写描述语言？对模拟电路设计者来说，用语言而不用电路来做设计是不可想象的。反过来，对数字电路设计者来说，用电路而不用语言来做设计也是不可想象的。
　　Spectre-AMS做出来后，Ken发现当时的感兴趣者寥寥无几（呵呵，这哥儿们专找硬骨头啃）。那怎么办？在公司做产品是要卖钱的。Ken有点儿绝望了。这时，他想到了回去做他在学校做的老本行：射频电路仿真。至少这个功能别的SPICE还没有。他把这个想法告诉了当时Candence的市场经理JimHogan。Jim做了个市场调查。那时射频电路设计市场几乎不存在，只有几家做镓砷电路的算搭点边儿。当Jim把这调查结果告诉Ken，Ken也无可奈何的耸耸肩。Jim对Ken看了好一会儿，说，管它呢，你就做去吧。谁知道这一次却是歪打正着了。九十年代中后期正是无线通信市场腾飞的时候。很多在学校用Spectre-RF的毕业生加入了新的做射频电路芯片的设计公司。这些公司必须要用Spectre-RF做射频仿真。而Spectre-RF是Spectre的一个选项。因此，Spectre也就借着Spectre-RF的东风开始流行起来了。后来，HSPICE和Smart-Spice也跟风在自己的SPICE中加进了RF的选项。这也算是Spectre对SPICE的功能扩展做的贡献吧。

　　Smart-Spice
　　Smart-Spice是Silvaco公司的产品。说到Silvaco，就不得不说它的创始人 IvanPesic。Ivan来自黑山共和国（Montenegro欧洲巴尔干半岛的一个小国家）。像所有第三世界国家的穷学生一样，通过自己的勤奋努力来到美国。来美国之后，他先开了一家修车店。直到攒够了钱，才在1984年成立了Silvaco。他有一个儿子。可能是年幼时受了老爸的修车店的熏陶，决定长大了当个汽车修理工。因此学习也不上进。怎么让这小子好好学习呢？简单。有一天，老Ivan把儿子带到了圣荷塞（SanJose，硅谷一大城市）一个最破的修车店的马路对面，对儿子说：你就坐在这儿，看看汽车修理工一天的工作是什么样的。自从那一天结束以后，儿子的学习成绩就全变成A了。
　　说到IvanPesic，我们还不得不说他打官司的故事。Silvaco的历史上与N家公司打过官司（而且大部分都赢了）。在此我们只讲讲与Meta-Software（后被Avant!并购）的官司。话说八十年代末到九十年代初，Meta-Software和它的HSPICE如日中天，这其中它自己的Level28模型起了重要作用。Silvaco最初的产品是 TCAD（TechnologyCAD），并不是SPICE。这时它也准备开发自己的Smart-Spice，但它拿不到HSPICE的Level28模型。怎么办？Silvaco采用了一个瞒天过海的迂回战术。Silvaco有个不错的模型参数提取软件叫Utmost。它就找到Meta-Software说，你看，如果把你们的Level28模型公式放到我们的Utmost中，就会有更多的用户用你们的HSPICE。Meta一想也对，就把Level28模型给了Silvaco。没成想，过了二年，Silvaco自己的Smart-Spice出来了，而且里面还带着Level28模型。这下Meta-Software气坏了。就把Silvaco告上了法庭。也就在这个前后，Avant!并购了Meta-Software。但Avant!只看到了HSPICE这只下金蛋的鹅，却忽略了Meta-Software跟Silvaco的官司。也许是因为Avant!恰恰正在和Cadence打着一场更大的官司，从而忽略了这个小案子。不管是什么原因，当法庭开庭要宣判的那一天，Avant!居然没有人出庭。这下法官可气坏了。好啊，竟敢藐视本法庭，来啊，判Avant!输，并赔Silvaco俩千万！本来Silvaco上庭前战战兢兢的，盼望着和解就不错了。这下到好，不光不用和解了，还得了一大笔钱。呵呵，人们都说国外重视知识产权。这种重视其实是来自于众多这样的动不动就成百上千万的官司。所以同学，如果你是学理工出身的，那你不妨去学学法律。如果你是学文科出身的，那你不妨去学学理工。估摸着在不久的将来，国内这样的涉及知识产权的大官司也会越来越多。做为一个懂高科技的律师（或者一个懂知识产权法律的工程师）会很抢手的。
　　但是，一个公司如果光靠打官司，那也是赢得不了客户的。说实话，Smart-Spice做得还是蛮不错的，价格又便宜。Smart-Spice还是第一个“基于使用时间许可证”（use-timebased license）的工具。这对许多小公司或个人用户是个好消息。如果你没几万美元去买高大上的商业SPICE，或者你就只需跑几次仿真，那就可以最少花十几美元用Smart-Spice完成你要做的事。这就像买车还是租车一样。卖车店能赚钱，租车店也会有很多顾客的。这不也是一个很好的商业模式吗？
　　IvanPesic于2012年因癌症在日本去世。如今，他本来想当汽车修理工的儿子已经继承了老爸的事业，接替掌管Silvaco了。

　　Aeolus-AS
　　我们应该感到骄傲– 这是我们中国本土的SPICE。虽然名字叫起来很拗口。光从名字上也看不出这是SPICE。它是由北京华大九天开发的。至于为什么起这样一个名字，还是请华大的刘总来解答吧（呵呵）。本人并没有用过这个工具。下面的几句话是从华大的网页上摘下来的，也算给他们做个广告吧。“它是新一代高速高精度并行晶体管级电路仿真工具，能够在保持高精度的前提下突破目前验证大规模电路所遇到的容量、速度瓶颈。Aeolus-AS能够处理上千万个元器件规模的设计，仿真速度也比上一代晶体管级电路仿真工具有大幅提升，同时支持多核并行。”

　　还有一类是工业界但非商业（也就是不拿出来卖的）SPICE。通常它们都是在公司内部开发使用的。一般只有拥有fab的大公司（像Intel,前Infenion,前Motorola,Fujitsu等）才能负担得起一个开发团队。这种公司内部的SPICE基本都会有自己的器件模型。在这里我们就不多说了。