數(shù)字孿生是實(shí)物資產(chǎn)的虛擬、極為詳細(xì)的版本。人們把它們作為單一組件創(chuàng)建，一直創(chuàng)建完整個(gè)工廠。這樣做可以讓他們看到某些決定的影響，然后再在現(xiàn)實(shí)生活中推進(jìn)這些決定。在制造業(yè)中使用數(shù)字孿生越來越受歡迎。但是，在零件投入生產(chǎn)之前，它們會(huì)很有幫助。
數(shù)字孿生可以幫助設(shè)計(jì)師開發(fā)最好的產(chǎn)品，而不會(huì)遇到太多耗時(shí)障礙，從而打亂生產(chǎn)計(jì)劃。
當(dāng)有關(guān)項(xiàng)目供不應(yīng)求時(shí)（如半導(dǎo)體系統(tǒng)）時(shí)，使設(shè)計(jì)過程盡可能精簡和高效尤其具有價(jià)值。以下是數(shù)字孿生在這種情況下可以幫助的一些方法。
AMD為何發(fā)生翻天覆地的變化
原型有助于幫助設(shè)計(jì)師在進(jìn)一步進(jìn)入設(shè)計(jì)過程之前確定某些想法是否可行。數(shù)字孿生并不總是消除物理原型的需要，但他們可以最大限度地減少它們。
當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以使用各種迭代方法，其速度比他們本來可能的速度更快。這種好處可以加快整個(gè)進(jìn)程，保持高生產(chǎn)率水平。它還可以通過給予設(shè)計(jì)師更多的自由來測試虛擬世界中的不同版本，以此刺激創(chuàng)新。
普里斯·班納吉是安西斯的首席技術(shù)官。他看到了工程師們能夠?qū)?shù)字孿生與補(bǔ)充模擬相結(jié)合，以減少對物理建模的依賴的未來。
他解釋了數(shù)字模型如何幫助工程師調(diào)整設(shè)計(jì)，并比以前更早地發(fā)現(xiàn)可能的問題。"...工程師不再需要構(gòu)建和測試不同的配置。過去，工程師會(huì)在硬件上構(gòu)建多個(gè)原型，從而產(chǎn)生長時(shí)間的成本。現(xiàn)在，他們可以通過軟件模擬構(gòu)建整個(gè)虛擬原型，并通過探索數(shù)千種設(shè)計(jì)來創(chuàng)建最佳設(shè)計(jì)"。
對物理原型的低依賴程度，降低了成本并加快了決策速度。它還允許設(shè)計(jì)師在不與隊(duì)友在物理位置的情況下權(quán)衡設(shè)計(jì)選項(xiàng)。由于數(shù)字孿生是一個(gè)虛擬再現(xiàn)，人們可以查看和評論它，無論他們在哪里。
設(shè)計(jì)師還可以向客戶展示數(shù)字孿生，無需面對面的會(huì)議即可立即獲得反饋?？蛻魧Π雽?dǎo)體系統(tǒng)的發(fā)展有著準(zhǔn)確的期望，從而與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了更有成效的對話。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中提高可見性
數(shù)字孿生還可以使半導(dǎo)體設(shè)計(jì)師更清楚地意識到潛在的問題，否則他們可能直到整個(gè)過程的后期才會(huì)注意到這些問題。這就是西門子與全球半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)公司Arm合作開發(fā)數(shù)字孿生的原因之一。
在相關(guān)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)孿生也涉及到大量互聯(lián)車輛。數(shù)字孿生允許模擬和驗(yàn)證子系統(tǒng)和片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)，從而獲得有關(guān)這些芯片在汽車投產(chǎn)之前性能的新分析。例如，數(shù)字孿生可以顯示芯片的估計(jì)功率和性能指標(biāo)，幫助設(shè)計(jì)人員了解哪些工作良好，哪些方面應(yīng)該進(jìn)行改進(jìn)。
Arm汽車和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)部高級副總裁兼總經(jīng)理迪普蒂·瓦查尼表示："開發(fā)未來的運(yùn)輸解決方案需要跨復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)作。Arm技術(shù)已在整個(gè)車輛的應(yīng)用中研究了20多年，我們與西門子的合作重新定義了在安全性、可擴(kuò)展的異構(gòu)計(jì)算方面可能實(shí)現(xiàn)的功能。
為汽車行業(yè)設(shè)計(jì)芯片面臨特殊挑戰(zhàn)，因?yàn)槠囋谄涫褂脡勖锌赡軙?huì)遇到大量變量。"在開發(fā)和驗(yàn)證汽車SoC時(shí)，[設(shè)計(jì)師必須處理]的是'整個(gè)世界'-包括車輛必須行駛的任何天氣和路況。必須驗(yàn)證的輸出是，他們的新SoC/車輛不會(huì)超過任何人，"西門子自主和ADAS全球技術(shù)經(jīng)理David Fritz說。
然而，使用數(shù)字孿生使半導(dǎo)體系統(tǒng)設(shè)計(jì)師更清楚地意識到這些變量如何影響他們的芯片。在流程的早期擁有這些細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員可以做出調(diào)整，然后才能走得更遠(yuǎn)而不至于被打回來。
協(xié)助生產(chǎn)決策
在決定使用焊接鐵完成印刷電路板時(shí)使用哪些技術(shù)之前，設(shè)計(jì)師可以先查看數(shù)字孿生特性。無鉛焊接在2006年成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。人們可以用傳統(tǒng)的鐵處理它，但他們必須知道，這種技術(shù)需要比其他焊接技術(shù)更高的溫度。
但是，設(shè)計(jì)師可以選擇自動(dòng)選項(xiàng)，例如迷你波焊接。它生產(chǎn)高品質(zhì)的焊接頭，是一種易于重復(fù)的方法。焊接過程決策不會(huì)在最早的設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)。然而，使用數(shù)字孿生可以提前思考如何在不遇到減速的情況下滿足生產(chǎn)期限。
數(shù)字孿生還讓設(shè)計(jì)師從早期階段開始檢查半導(dǎo)體的生命周期，而不是等到制造工廠開始生產(chǎn)。這種能力可以激發(fā)新的觀點(diǎn)，輔助半導(dǎo)體系統(tǒng)創(chuàng)建的所有階段。
安妮·阿森西奧是法國軟件公司達(dá)索·西斯特梅斯的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)副總裁。她認(rèn)為數(shù)字孿生完全顛覆了當(dāng)前的設(shè)計(jì)流程，她說："我們正開始發(fā)生巨大的變化，可能會(huì)改變我們的設(shè)計(jì)方式。這是一場巨大的未來革命，到目前為止，我們只看到了第一階段。
她繼續(xù)說，"這種在3D中可視化任何給定元素的能力——它可以是一個(gè)對象、一個(gè)服務(wù)、一個(gè)系統(tǒng)或整個(gè)城市，并在科學(xué)的整合范圍內(nèi)玩所有的物理規(guī)則——這是一種不可思議的力量。對于設(shè)計(jì)師來說，它不僅能夠清晰地獲得產(chǎn)品，還能清晰地訪問創(chuàng)意過程前端的行為、體驗(yàn)和整個(gè)生命周期。
在半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中實(shí)現(xiàn)更多的平衡和安全
2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，美國在芯片設(shè)計(jì)市場占有約85%的份額。然而，它只擁有12%的半導(dǎo)體制造市場份額。
目前正在開展各種努力，將更多的半導(dǎo)體制造帶回美國，從而在半導(dǎo)體需求旺盛的時(shí)期確保美國的供應(yīng)鏈安全。數(shù)字孿生可以同時(shí)幫助設(shè)計(jì)師和制造商克服當(dāng)前的一些生產(chǎn)問題，尤其是在新的半導(dǎo)體工廠建成之前。
例如，博世的一家德國半導(dǎo)體工廠采用數(shù)字孿生，幫助員工應(yīng)對與流程更新和建筑施工相關(guān)的挑戰(zhàn)。工廠的數(shù)字雙版包含約50萬件物品，是制定未來生產(chǎn)計(jì)劃的有用資源。
另一個(gè)持續(xù)使用數(shù)字孿生來處理供應(yīng)鏈問題的努力來自美國國防部（DoD）。更具體地說，這將取決于他們在將這些部件投入武器之前驗(yàn)證芯片組件或單個(gè)設(shè)備。其理念是，該項(xiàng)目可以加強(qiáng)供應(yīng)鏈，同時(shí)為半導(dǎo)體系統(tǒng)獲取資源。
如果設(shè)計(jì)師和制造商更頻繁地使用數(shù)字孿生進(jìn)行協(xié)作，那么生產(chǎn)水平可能保持高位，同時(shí)確保各方在開發(fā)中的組件方面處于同一狀態(tài)。讓每個(gè)人都能訪問相同更新和可靠的信息，可以減少許多問題，否則可能會(huì)減慢生產(chǎn)或?qū)е洛e(cuò)過的期望。
數(shù)字孿生可以幫助半導(dǎo)體設(shè)計(jì)師取得成功
在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中使用數(shù)字孿生仍然不像制造業(yè)那樣常見。然而，這一概述表明，在整個(gè)階段，有許多令人信服的理由依靠它們。設(shè)計(jì)師必須不斷開發(fā)新的、更好的芯片，至少與市場上競爭的公司一樣快。數(shù)字孿生可以幫助他們實(shí)現(xiàn)這一壯舉，并在使用這些創(chuàng)新之前注意到其他無人達(dá)成的優(yōu)勢。
