数字孪生：未来复杂设计的关键

芝能智芯出品

随着设计和制造复杂系统的需求日益增加，数字孪生（Digital Twin）正成为实现这一需求的关键工具。

通过在虚拟空间中创建物理对象的精准数字副本，数字孪生使工程师能够预测和优化复杂系统的性能、成本和可靠性。

本文将探讨数字孪生在复杂设计中的应用及其未来发展。

数字孪生是一种先进的技术，它通过将物理对象的所有细节（从设计、制造到操作过程中的数据）在虚拟空间中进行模拟。这样，工程师可以在虚拟环境中进行测试和优化，从而在实际应用之前识别并解决潜在问题。数字孪生技术不仅限于静态数据的复制，还包括动态过程的模拟和实时更新。

● 多物理场模拟的重要性

在当今电子、机械工程和制造业中，多物理场模拟至关重要。随着异构芯片和先进封装的广泛应用，设计师们需要处理芯片间的权衡和复杂的制造工艺。

多物理场模拟可以帮助v解决电子和机械工程之间的协同问题，例如如何处理手机或电动汽车中的跌落测试、空气动力学等现象。例如，在汽车设计中，将焊接与碰撞模拟关联起来，可以精确模拟焊接过程中的各种参数，并在碰撞中检验焊接的可靠性。

这种模拟能够优化焊接类型和工艺参数，从而提高整体设计的可靠性和效率 。

● 数字孪生在异构芯片设计中的应用

随着多芯片系统的应用越来越广泛，数字孪生在异构芯片设计中也扮演了重要角色。例如，新一代AI加速器和CPU的多芯片设计需要整合CMOS逻辑技术、内存和连接芯片。这些设计面临散热、信号完整性、电源完整性和机械可靠性等多方面的挑战 。

数字孪生可以通过模拟这些因素之间的相互作用，帮助优化多芯片系统的设计。例如，信号完整性的改善可能会影响机械稳定性，而局部加热问题可能会影响可靠性。

通过数字孪生，设计团队能够在虚拟环境中提前发现并解决这些问题，从而提高产品的整体性能和可靠性 。

数字孪生不仅有助于现有系统的优化，还为架构探索和系统协同设计提供了新的可能性。数字孪生可以帮助工程团队同时检查多个系统的协同运行，并评估架构变化的影响。这种能力使设计团队能够更快速地进行迭代，从而在产品上市前发现并解决潜在问题 。

数字孪生使得3D集成电路（3D-IC）设计成为可能，将机械和热效应引入到设计中，进一步提高了设计的复杂性和准确性。通过在数字孪生中模拟这些物理现象，设计团队可以在虚拟环境中进行测试和优化，从而减少实际制造中的风险和成本 。

数字孪生在复杂设计中显示出巨大潜力，但其发展仍面临许多挑战。现有EDA工具需要改进，以实现全面的数字孪生功能。例如，要处理大量的数据和复杂的多物理场模拟，EDA工具需要更高的集成性和效率 。

未来，随着计算能力的增强和数据集成技术的发展，数字孪生将进一步推动复杂系统的设计和优化。数字孪生和人工智能的结合将为模拟和设计带来更高的效率和精度，从而加速复杂系统的开发和部署 。

数字孪生技术在复杂设计中的应用正在迅速增长。通过在虚拟环境中进行多物理场模拟和系统协同设计，数字孪生能够帮助工程师预测和优化复杂系统的性能、成本和可靠性。数字孪生作为未来复杂设计的关键技术，必将在各个行业中发挥越来越重要的作用。