上海交大毛軍發與吳林晟團隊突破性科研成果助力中國射頻領域自主發展

2020-09-18 中國新聞網

工博會現場。上海交大供圖

工博會現場。上海交大供圖

中新網上海9月18日電 (張凌峰 江倩倩 許婧)正在上海舉辦的第二十二屆中國國際工業博覽會上，由中國科學院院士、上海交通大學副校長毛軍發和教授吳林晟研究團隊自主研發的整套射頻EDA仿真軟體亮相上海交通大學展臺，備受關注。

射頻電路是廣泛應用於無線通信中的集成電路，上至衛星通信，下至手機、WiFi、共享單車，處處都有射頻電路的身影。

設計是射頻產業鏈的源頭，射頻電子設計自動化(EDA)軟體是射頻電路設計的使能端，也是射頻產業的重要基石。但射頻EDA具有技術門檻高、難度大、成果積累時間長、用戶慣性大、見效周期慢的特點。射頻EDA領域中國外企業起步較早，目前佔據著中國市場九成以上份額。目前僅芯和半導體科技(上海)有限公司一家國產成套射頻EDA軟體供應商。

三維射頻系統級封裝的協同設計。上海交大供圖

針對中國對自主可控的射頻電路EDA軟體的迫切需求，毛軍發院士和吳林晟教授研究團隊，與芯和半導體科技(上海)有限公司開展合作，在國家973項目、國家自然科學基金、國家重大專項、上海市科委科研計劃項目等的支持下，提出了高效的電磁和多物理仿真建模算法，自主研發仿真軟體，實現器件多物理、多功能自動化協同設計，並基於上述成果聯合建立了集成無源器件智慧財產權(IP)庫、研製了多款產品，已經在移動通信、衛星通訊和集成電路等多個領域取得推廣應用，為中國在射頻EDA軟體領域打破國際封鎖做出了重要貢獻。

據介紹，目前國際主流射頻EDA軟體主要有Cadence、ADS等，這些國外軟體了壟斷了市場的絕大部分，但也存在著在分析射頻電路時消耗資源大、效率低、建模難度大等問題。

考慮到當前EDA軟體的不足，上海交通大學團隊提出了基於廣義傳輸矩陣的精確高效電磁場分析算法和電磁-熱-應力耦合多物理場仿真算法，聯合研製出首套國產射頻電路晶片-三維封裝聯合電磁場仿真建模商用軟體。該軟體可以解決晶片級封裝的跨尺度仿真問題，可以高效精確地實現跨越從納米到釐米7個數量級的電磁仿真，仿真效率比現有仿真工具提高10倍以上。

團隊還提出了多種高效準確的電磁-熱-應力耦合多物理場仿真算法，自主研發出多物理場仿真軟體，突破了射頻封裝結構多物理場的精確高效仿真技術瓶頸。該軟體的仿真效率比目前的主流商用軟體提高了幾十倍，佔用內存明顯減小。

多家行業龍頭企業將上述兩種軟體應用到產品研發中，大幅縮短研製周期，降低研發成本，設計得到的產品綜合性能和可靠性得到顯著的改善。

功耗低、尺寸小、散熱快是射頻電路希望達到的目標，但是減小尺寸很容易導致高功率電路出現過熱的問題。毛軍發院士與吳林晟教授團隊兼顧射頻電路中電磁和熱特性，提出了元件級電熱協同混合設計方法，分析時間與商用軟體相比提升20倍以上，該技術用於優化高功率晶片在無源電路和封裝表面的貼裝位置，可使電路最大溫升降低30%，有效解決了電路的散熱問題。

射頻電路中有大量不同功能的無源元件和天線結構，為了實現電路尺寸的減小而單純縮小特定元件尺寸通常會引起性能變差，毛軍發院士與吳林晟教授團隊實現了將6個傳統元件融合為1個元件的突破，顯著簡化了射頻系統架構，大幅降低整個系統的尺寸和損耗。

團隊進而自主研發了一整套軟體，覆蓋了射頻濾波器等無源電路的整個設計流程，可以用於自動優化設計，兼顧多種設計需求，也解決了高頻參數敏感性帶來的設計調試難題。團隊使用這套軟體研製了系列化的多功能無源元件和毫米波濾波天線陣列，2017年獲華為優秀合作貢獻獎。

十多年來，毛軍發院士、吳林晟教授團隊與芯和半導體科技(上海)有限公司一直保持密切合作，瞄準當前緊迫的技術需求和國際形勢，面向國產射頻EDA工具缺失短板，集中力量聯合攻關。項目團隊成功培育出國內唯一成套射頻EDA軟體供應商芯和半導體，聯合研製出的首套國產射頻EDA軟體，在百餘家單位應用；基本實現中國射頻EDA軟體的自主可控，促進射頻行業發展；培養了一支高層次人才隊伍，走出了一條射頻EDA國產化的產學研創新突圍之路。(完)

來源：中國新聞網

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