Electromagnetic (EM) emanation measurement and evaluation is one important testing for modern integrated circuits (ICs). Severe electromagnetic interference may degrade the performance of electronic devices or even cause system crashes. As a result, modern ICs need to follow strict electromagnetic compatibility (EMC) requirements. Moreover, EM emanations offer a covert channel for adversaries to steal secret information from fabricated ICs, causing side channel attacks. Due to the lack of fast and high-accuracy EM simulation tools, existing EM measurements often happen at the post-silicon stage. Any identification of side channel vulnerability or EM incompatibility may lead to high cost and delay the time-to-market. As a result, design-time EM simulation tools with fast simulation speed and high accuracy for pre-silicon designs are urgently needed. To this end, we propose EMSIM, a layout-level EM simulation framework that significantly speeds up the EM simulation process while maintaining high accuracy of the simulated EM emanations. To achieve this goal, we provide the theoretical explanation for the root cause of EM emanations from ICs. Guiding by this, EMSIM leverages techniques of parasitic network reduction and device model approximation to reduce the computation complexities while still ensuring high simulation accuracy. EMSIM further leverages Graphics Processing Unit (GPU) resources to solve equations for EM simulation. The efficiency and effectiveness of EMSIM are validated by showing the consistency between simulation results and physical measurements obtained from fabricated circuit designs.

中文翻译：

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EMSim：用于高精度硅前验证的快速布局级电磁辐射仿真框架

电磁 (EM) 辐射测量和评估是现代集成电路 (IC) 的一项重要测试。严重的电磁干扰可能会降低电子设备的性能，甚至导致系统崩溃。因此，现代 IC 需要遵循严格的电磁兼容性 (EMC) 要求。此外，EM 发射为对手提供了一个隐蔽的通道，可以从制造的 IC 中窃取秘密信息，从而引起侧通道攻击。由于缺乏快速和高精度的 EM 仿真工具，现有的 EM 测量通常发生在后硅阶段。任何侧信道漏洞或 EM 不兼容性的识别都可能导致高成本并延迟上市时间。因此，迫切需要用于硅前设计的具有快速仿真速度和高精度的设计时 EM 仿真工具。为此，我们提出了 EMSIM，这是一种布局级 EM 仿真框架，可显着加快 EM 仿真过程，同时保持仿真 EM 发射的高精度。为实现这一目标，我们对 IC 电磁辐射的根本原因提供了理论解释。以此为指导，EMSIM 利用寄生网络减少和器件模型近似技术来降低计算复杂度，同时仍确保高仿真精度。EMSIM 进一步利用图形处理单元 (GPU) 资源来求解 EM 仿真方程。EMSIM 的效率和有效性通过显示仿真结果与从制造电路设计获得的物理测量值之间的一致性来验证。布局级 EM 仿真框架，可显着加快 EM 仿真过程，同时保持仿真 EM 发射的高精度。为实现这一目标，我们对 IC 电磁辐射的根本原因提供了理论解释。以此为指导，EMSIM 利用寄生网络减少和器件模型近似技术来降低计算复杂度，同时仍确保高仿真精度。EMSIM 进一步利用图形处理单元 (GPU) 资源来求解 EM 仿真方程。EMSIM 的效率和有效性通过显示仿真结果与从制造电路设计获得的物理测量值之间的一致性来验证。布局级 EM 仿真框架，可显着加快 EM 仿真过程，同时保持仿真 EM 发射的高精度。为实现这一目标，我们对 IC 电磁辐射的根本原因提供了理论解释。以此为指导，EMSIM 利用寄生网络减少和器件模型近似技术来降低计算复杂度，同时仍确保高仿真精度。EMSIM 进一步利用图形处理单元 (GPU) 资源来求解 EM 仿真方程。EMSIM 的效率和有效性通过显示仿真结果与从制造电路设计获得的物理测量值之间的一致性来验证。我们为 IC 电磁辐射的根本原因提供了理论解释。以此为指导，EMSIM 利用寄生网络减少和器件模型近似技术来降低计算复杂度，同时仍确保高仿真精度。EMSIM 进一步利用图形处理单元 (GPU) 资源来求解 EM 仿真方程。EMSIM 的效率和有效性通过显示仿真结果与从制造电路设计获得的物理测量值之间的一致性来验证。我们为 IC 电磁辐射的根本原因提供了理论解释。以此为指导，EMSIM 利用寄生网络减少和器件模型近似技术来降低计算复杂度，同时仍确保高仿真精度。EMSIM 进一步利用图形处理单元 (GPU) 资源来求解 EM 仿真方程。EMSIM 的效率和有效性通过显示仿真结果与从制造电路设计获得的物理测量值之间的一致性来验证。EMSIM 进一步利用图形处理单元 (GPU) 资源来求解 EM 仿真方程。EMSIM 的效率和有效性通过显示仿真结果与从制造电路设计获得的物理测量值之间的一致性来验证。EMSIM 进一步利用图形处理单元 (GPU) 资源来求解 EM 仿真方程。EMSIM 的效率和有效性通过显示仿真结果与从制造电路设计获得的物理测量值之间的一致性来验证。