什么是电子数字孪生？

电子数字孪生（eDT）正是应对这一挑战的解决方案。 一般而言，数字孪生是物理对象或系统的虚拟表示。电子数字孪生将这一概念限定在电子硬件领域：芯片、SoC、ECU以及互联的电子/电气架构。关键在于，电子数字孪生不仅能够捕捉这些系统的硬件行为，还能捕捉其软件交互，从而使工程师能够在目标硬件的虚拟表示上，对未经修改的生产软件二进制文件进行构建、测试和调试。

eDT 与其他数字孪生类别的区别在于其应用导向。

电子设计技术（eDT）涵盖了从芯片到系统之系统的电子深度，贯穿整个设计和验证 生命周期，并通过用于现场软件更新的、基于eDT的模型延伸至运营阶段。

其他数字孪生类别则涵盖了整个运营生命周期内的系统与物理领域（包括机械、热力、流体、电磁及多物理场），Ansys 的数字孪生技术领先的 通过Ansys Twin Builder软件和Ansys TwinAI软件等产品，深入该领域。

eDT 新思科技 eDT技术组合与Ansys DT技术组合相互补充，二者之间存在双向数据流，下文的比较部分将对此进行详细探讨。

• 汽车领域： 为软件定义车辆（SDV）提供 虚拟ECU 测试及高级驱动程序 辅助系统（ADAS ） 验证 ，在该领域，整车制造商面临着将数百万行代码集成到数十个电子控制单元（ECU）中的挑战。
• 航空航天与国防：支持 根据DO-178C 等安全标准对航空电子 进行验证。
• 半导体： 加速 SoC初启 ，通过让软件团队在流片前数月即可在虚拟硅片上开始验证 。
• 工业和医疗设备： 为受监管产品的嵌入式软件验证提供 一种经济高效的解决方案。

电子数字孪生的构建通过一个多阶段工作流实现，该工作流将设计数据转化为动态的虚拟环境。这一过程是迭代的，而非线性的；来自仿真和测试的洞察会反馈到模型优化中，从而形成一个持续改进的循环。新思科技 eDT 平台提供了一种开放架构，可在不同工具和团队之间协调这一工作流。

1. 创建数字模型

任何电子设计测试（eDT）的基础都是目标电子系统的数字模型。工程师将设计数据导入虚拟化环境，以构建一个高保真的虚拟复制品。关键的输入数据类型包括：

• RTL描述——寄存器传输级硬件定义
• SPICE 模型——模拟行为表征
• PCB布局——电路板级互连和布线
• 固件二进制文件——将在硬件上运行的实际生产软件
• 硬件描述文件——用于快速功能抽象的 SystemC 事务级模型（事务级别的模型（TLM) ）

模型保真度是一种有意的工程选择。快速的功能性事务级别的模型（TLM) 模型可实现软件的快速初启 开发；而基于RTL且具有时钟周期精度的模型则能为最终验证和时序分析提供所需的精度。 新思科技 Platform Architect™ 支持在系统级进行架构探索和性能分析。团队会为每个开发 阶段选择合适的抽象级别——在早期软件开发阶段采用快速模型，随着设计日趋成熟，逐步提高模型保真度。

2. 仿真与场景测试

在数字模型建立之后，工程团队会进行仿真，以验证软硬件交互、测试故障 注入场景，并建模环境变量。仿真的范围取决于抽象级别：

• SoC 级别：验证 固件启动序列、驱动程序交互以及中断处理。
• ECU 级别： 完成测试 软件堆栈 ，包括针对 ECU 应用软件的 AUTOSAR、Linux、QNX 及嵌入式实时操作系统（RTOS）变体。
• 系统之系统层面：模拟 虚拟车辆网络中多个ECU之间的交互。

不同的仿真需求需要采用不同的技术方案。

利用新思科技 Virtualizer™ 可创建事务级虚拟原型——以 新思科技 Virtualizer开发 套件（VDK）的形式发布——能够以接近真实硬件的行为执行未经修改的生产软件二进制文件。VDK已针对主流汽车SoC平台和Arm 虚拟平台进行了预集成，从而缩短了从芯片设计到虚拟样机 可用的时间。

基于硅前技术的硬件加速， 新思科技 ZeBu® 为需要门级精度的庞大设计提供硬件加速 速度验证，其运作的抽象层次与虚拟原型设计截然不同。

基于ECU级别的协同仿真 搭配新思科技 Silver和SIL Kit（这是与Vector联合开发的开源库），可连接多个软件在环（SIL）环境，并支持通过TCP/IP网络对虚拟ECU、仿真器及第三方工具进行协同仿真 。 SIL Kit 支持 CAN、CAN FD、CAN XL、以太网、FlexRay 和 LIN 网络仿真，此外还可通过其 FMU Importer 适配器导入 FMU，该适配器适用于符合功能原型接口（FMI）标准的工具标准 。

对于汽车（ISO 26262）和航空航天（DO-178C）领域中的安全关键型应用，基于eDT的仿真提供了一个可控且可重复的环境，用于测试数千种场景，包括边界情况和故障 模式——若仅依靠物理硬件进行重现，这些场景可能会带来危险、难以实现或成本过高。

基于模型的开发 工具（例如Ansys ^{旗下的SCADE®}嵌入式软件产品系列）进一步拓展了这一功能：SCADE软件与AUTOSAR工作流集成，并为ISO 26262和DO-178C提供原生认证支持，从而补充了 新思科技 eDT技术组合在安全关键型开发 的软件架构方面的功能。

3. 迭代式设计反馈

仿真结果推动快速设计迭代 。当测试发现硬件与软件集成方面的问题期刊 ，例如时序问题违例 、中断优先级冲突或电源管理状态转换错误时，工程师可以在虚拟环境中数小时内完成诊断、修复和重新验证，而无需像物理原型开发周期那样耗费数天或数周的时间。

反馈循环通过以下三种机制得以实现：

• 回归测试 测试：每次更改都会通过完整的测试套件进行验证，从而在设计演进过程中防止回归问题。
• CI/CD 管道集成：每次提交都会触发自动构建和测试工作流，从而实现持续质量保证 。
• 跨环境测试自动化： Ansys 的TPT 嵌入式软件测试 工具可实现MiL、SiL、PiL和HiL环境中的测试执行自动化，并在所有开发 阶段提供一致且可比的测试覆盖率。

这种迭代反馈循环是 eDT 方法的一大显著优势：团队只需花费执行寥寥几个物理测试周期的时间，就能在虚拟环境中运行数千次测试迭代——从而在缩短验证周期同时，提高测试覆盖率。

4. 跨领域合作

现代电子产品很少是由单一团队开发的。以汽车电子控制单元（ECU）为例，其开发涉及：

• 设计芯片的工程师们正在制造硅片
• 编写驱动程序和操作系统层的嵌入式软件工程师
• 开发ADAS 或信息娱乐功能的应用程序开发者
• 系统集成商对完整技术栈进行验证

eDTs 使所有这些团队能够在共享的虚拟平台上并行工作，而无需依次等待每次交接。芯片设计团队可以将一个VDK 交付给嵌入式软件团队，后者随即开始开发驱动程序开发 和操作系统初启 ，而此时芯片仍处于开发 阶段。

整个平台都会对变更、配置和测试结果进行追踪，以确保可追溯性，并符合性 ，这对受监管行业至关重要，因为在这些行业中，审计追踪是认证的一项要求。

协作基础设施

该 新思科技 eDT 平台提供了一个云原生环境，用户可通过浏览器访问 eDT 环境，从而使地理上分散的团队和多方供应链能够在无需共享专有设计知识产权的情况下进行协作。

预集成的基于云的 eDT Labs 包括 新思科技 各项技术、开放生态系统工具、模型以及可扩展的计算能力。新思科技 云平台提供底层后端SaaS基础设施，支持eDT平台即服务（PaaS）——包括计费、账户开通和商业化支持——这与eDT平台本身的云原生协作环境是相互独立的。

电子数字孪生（操作 ）涵盖多个抽象层次，从单个芯片设计到完整的车辆电子架构。这不仅仅是一个规模问题——每个层次都代表着不同的工程学科，拥有不同的工具、工作流程和利益相关者 。

半导体公司验证工程师使用的芯片级eDT，与汽车整车制造商（OEM）的SDV集成团队使用的“系统之系统”eDT截然不同，尽管两者都是“电子数字孪生”。

抽象层次决定了模拟的保真度、执行速度以及适用范围用例 。

在软件定义产品正在取代传统硬件中心化设计的行业中，eDTs正在重塑开发 的工作流程。这一转变是由多种趋势的交汇所驱动的：每款产品中的软件内容呈指数级增长、竞争激烈的市场对上市时间 窗口期的要求越来越短，以及围绕软件安全与网络安全的监管日益复杂。

所有采用该技术的行业都有一个共同点：产品功能越来越取决于在定制或半定制电子设备上运行的软件，而这正是 新思科技 四十多年来一直致力于服务。

这些行业都有一个共同的基本要求：即需要在电子硬件实际制造出来之前，就在该硬件上对日益复杂的软件进行验证。

电子数字孪生的价值贯穿整个开发 生命周期——从最初的架构探索到最终的验证收尾。以下优势是各行业采用电子数字孪生（eDT）的主要驱动力。

1. 左移开发

在实体硬件问世前数月，即开始进行软件开发 。该 新思科技 eDT 平台使 OEM 厂商能够在硬件就绪之前完成高达 90% 的软件开发验证 。利用 新思科技 VDK对汽车SoC平台进行领先的 的客户，已开始在实体芯片问世前长达12个月的时间内进行软件开发 。这一时间优势从根本上改变了开发 项目的架构方式，正如沃尔沃汽车为其核心系统平台打造的云托管电子数字孪生所示。

其成本影响同样显著：

• 在虚拟原型设计中发现了一个缺陷——数小时内修复，成本仅以工程工时计算。
• 在硅片制造后发现缺陷——仅一次重制就可能耗资数百万美元，并使项目进度推迟数月。

2. 更快上市时间

通过启用并行软硬件开发 来压缩多年期的项目周期。团队不再需要等待芯片流片后才开始软件集成——硬件设计和软件开发 可同步进行，而eDT则作为共享的集成点。

这一机遇的规模相当可观。据罗兰贝格（Roland Berger）估计，2024年汽车制造商（OEM）在软件上的支出约为400亿欧元（开发 ）。该咨询公司还估计，与以硬件为中心的方法相比，到2030年，整个行业向针对软件定义车辆（SDV）优化的软件即服务（开发 ）模式转型，每年可节省170亿欧元。

3. 降低原型制作成本

取代或减少早期阶段的实体原型，以便从首个项目开始就实现可衡量的投资回报率（ROI）。每减少一个实体原型，就能直接节省材料、制造、实验室时间以及迭代 的迭代周期。

各个层面的经济状况：

• SoC 层面： 单次硅片重设计 在光罩套件、晶圆制造、封装以及电路板重新设计方面的成本可能高达 1000 万美元。
• ECU 层面：物理原型硬件 、测试台和实验室基础设施属于持续性的资本支出，其规模与硬件变体数量呈线性增长。
• 系统级：配备 实体ECU测试台的整车 集成实验室，是汽车开发 项目中成本最高的资产之一。

电子设计验证（eDT）并不能取代物理原型制作；最终生产验证 仍需硬件支持，特别是在安全关键型认证方面。但电子设计验证可以消除或大幅减少早期阶段的物理原型制作，往往只需避免一个不必要的原型制作周期，就能收回成本。

4. 质量和可靠性的提升

在问题影响到芯片或生产硬件之前，就发现软硬件集成方面的问题。虚拟环境能够进行全面的场景测试，而这些测试使用物理原型是难以实现的。

电子数据表（eDTs）能够实现而物理测试无法实现的是：

• 数千项故障 注入测试，涵盖了边界情况和故障 模式
• 在真实硬件上可能存在危险或难以实现的压力测试场景
• 在每个设计阶段（迭代 ）都进行系统性的回归测试 测试，而不仅仅是最终阶段验证
• 全面的测试可追溯性，满足认证和审计要求

在安全关键型行业——汽车（ISO 26262）、航空航天（DO-178C）和医疗器械（IEC 62304）——质量问题可能导致的后果从代价高昂的召回到人员伤亡不等。eDTs 提供了这些标准所要求的系统化、可重复且有据可查的虚拟环境。

5. 加快生态系统协作

使多方供应链能够在共享的虚拟平台上进行协作，同时无需披露专有知识产权。现代电子产品的开发涉及原始设备制造商（OEM）、一级供应商、半导体供应商和独立软件供应商，这些参与方通常无法在项目后期之前对集成系统进行测试，因为共享知识产权的风险过高。

eDTs 改变了这种局面：

• SIL Kit 的开源架构允许各方在不暴露内部设计细节的情况下，向共享的协同仿真 贡献虚拟化组件。
• 新思科技 的eDT平台采用云原生环境，支持通过浏览器访问eDT模型，其部署选项使各方在参与共享虚拟测试项目的同时，仍能保持对其计算环境和专有知识产权的控制权。
• 加密的模型容器和受访问控制的环境，能够跨越组织边界保护专有知识产权。

因此，以往通常只有在后期物理测试阶段才会显现的集成问题，现在能够提前数月被发现并解决。

“数字孪生”这一术语涵盖了广泛的技术范畴，这些技术在产品生命周期的各个阶段发挥着不同的作用。当汽车整车制造商的高管提到“数字孪生”时，他们可能指的是用于生产优化的工厂车间虚拟复制品；而当芯片设计师使用同一术语时，他们指的是用于硅片前软件测试的虚拟化系统级芯片（SoC）开发 。这些定义并非相互矛盾，而是描述了同一基本概念在不同应用领域的表现形式。

新思科技 eDT技术组合与Ansys 数字孪生技术组合在整个类别 中相互补充。两者的区别在于应用层面，而非生命周期阶段： 新思科技 eDT技术侧重于电子领域的深度（从芯片到电子/电气架构），而Ansys 数字孪生技术则侧重于系统与物理领域的广度（机械、热力、流体、电磁及多物理场）——二者均在其各自领域内覆盖了整个生命周期。

这两本书 新思科技 结合Ansys ，全面覆盖了从电子学深度到系统与物理广度的完整类别 。 新思科技 eDT技术组合使团队能够在制造出第一颗芯片之前，就在虚拟环境中设计、验证和确认电子系统。一旦产品进入量产阶段，Ansys 的Twin Builder软件便会利用降阶模型（ROM ）创建基于仿真的数字孪生，用于实时运行监控——包括混合分析和支持数字主线的部署——这些模型将复杂的物理现象简化为计算高效的表示形式，适合部署在工业物联网（IIoT）平台上。Ansys TwinAI 软件则通过人工智能驱动的预测性分析进一步扩展了这一功能，将基于物理的模型与现实世界的运营数据相结合。

这并非单向的数据传递。由Ansys 运营孪生收集的现场数据——包括实际性能指标、故障 运行模式以及环境应力模式——可为下一代硬件设计提供参考，这些数据会反馈到更新的eDT中，从而在运营与工程之间形成闭环。每一代产品都能从前一代产品的运营洞察中获益。

总体而言， 新思科技 Ansys 产品组合共同构成了类别 ，其覆盖范围从电子领域的深度延伸至系统与物理领域的广度——这种覆盖范围在业内相对罕见。探索Ansys 数字孪生产品组合，了解类别 中互补的系统与物理领域。

评估采用 eDT 的工程团队应既了解其功能，也了解实际需要考虑的因素。以下是 新思科技 eDT技术组合旨在解决的常见问题。

模型保真度与仿真速度

高保真度模型（周期精确、门级）能提供更精确的结果，但执行速度比功能模型慢几个数量级。为开发 的每个阶段选择合适的抽象级别，是工程设计中的核心权衡。 新思科技 eDT技术组合提供了一个结构化的保真度谱系：在Virtualizer/VDK 中提供用于早期软件验证的快速功能性事务级别的模型（TLM) 模型初启 ，在ZeBu中提供用于最终验证的时钟周期精确模型，FPGA 以及在HAPS中提供用于物理原型设计的 原型验证 。团队可以快速启动项目，并随着设计日趋成熟而逐步提高保真度。

多厂商工具链集成

大多数组织操作 都采用了一套由设计工具、专有模型以及多年来积累的成熟工作流程组成的混合体系。要求全面更换工具的电子设计验证（eDT）平台并不现实。SIL Kit 的开源、供应商中立架构正是为此专门设计的：它将第三方仿真器、符合 FMU 标准的模型和专有工具与 新思科技 组件，无需更换任何工具。该 新思科技 eDT 平台将这一优势扩展至平台层面，提供预集成的内容，涵盖 新思科技 技术、开放生态系统合作伙伴以及可扩展的计算能力。

协作环境中的知识产权保护

多方开发 项目（OEM + 一级供应商 + 半导体供应商）需要在不泄露专有设计IP的前提下共享虚拟模型。加密的模型容器、受访问控制的云环境，以及确保各方都能掌控自身计算环境的部署模式，共同构成了所需的安全 框架。各方均可向协同仿真 贡献数据，同时无法查看其他方的内部设计。

大型多ECU仿真中的计算规模

实时和近实时仿真需求——尤其是针对汽车ADAS 测试和HiL集成——正不断挑战现有计算基础设施的极限。基于云的环境（例如 新思科技 eDT平台等基于云的环境虽能提供弹性计算扩展能力，但对于运行对延迟敏感的协同仿真且团队分布在不同地理区域的情况而言，网络延迟仍是一个实际需要考虑的因素。根据工作负载和团队分布来确定计算资源的规模，是一项经过深思熟虑的工程决策，而非事后才考虑的问题。

跨团队工作流协调

现代电子产品的开发涉及多个工程领域，包括芯片设计、嵌入式软件、应用开发 以及系统集成，每个领域都有其专属的工具和工作节奏。要围绕一个共享的虚拟平台协调这些团队，需要进行明确的工作流设计：包括芯片设计团队如何向软件团队发布VDK、如何在CI/CD管道中组织回归测试 测试，以及如何对集成场景进行排序和跟踪。 eDT 平台提供了协调层，但工作流设计属于程序级别的工程职责。

基于人工智能的测试生成与覆盖率分析

随着eDT环境的日益复杂，可能的测试场景数量也在迅速增加。用于自动化测试生成、智能 覆盖率分析以及异常检测的机器学习方法正逐渐成为将仿真资源集中于高风险场景的有效途径。人工智能/机器学习与eDT工作流的这一交叉领域是整个行业内一个活跃的创新领域——并正日益融入 新思科技 eDT技术组合中。

eDT 新思科技 eDT技术组合涵盖了构建、部署和管理电子数字孪生的各项能力。其范围包括虚拟化、硬件加速 、原型设计、测试自动化以及云基础设施。以下技术构成了 新思科技 eDT技术组合的核心，每项技术均针对上述数字孪生工作流中的特定阶段或方面。

新思科技 电子数字孪生（eDT）平台

新思科技 eDT平台——于2026年3月推出——是一个开放平台，它将 新思科技 eDT技术（虚拟原型、仿真器、原型系统）与合作伙伴内容及云基础设施，将其整合为一个统一的环境，用于创建、管理、部署和使用电子数字孪生。该平台同时支持SaaS和BYOC部署模式，并提供预集成的基于云的eDT实验室，其中包含 新思科技 相关技术、开放生态系统工具、模型以及可扩展的计算资源。

新思科技 Virtualizer 和 Virtualizer开发 套件 (VDK)

新思科技 Virtualizer可创建电子系统的虚拟原型。这些原型——以 Virtualizer开发 套件（VDK）的形式提供——作为基础电子数字孪生。VDK 能够以接近真实硬件的行为运行未经修改的生产软件二进制文件，使软件团队能够在实体芯片问世前数月，就在完全虚拟的环境中进行构建、测试和调试。针对主流汽车 SoC 平台和Arm 虚拟平台，均提供预集成的 VDK。

新思科技 ZeBu

新思科技 ZeBu是一款面向验证团队和软件开发人员的硬件辅助硬件加速 平台，可提供门级精度并实现加速执行。ZeBu 所针对的抽象层次与 Virtualizer /VDK 不同——它以门级精度对大型设计进行硅前硬件加速 ，并采用风冷部署方式以满足验证环境的需求。在保真度光谱上，ZeBu 所处的位置与虚拟原型设计不同；二者互为补充，而非可互换。

新思科技 HAPS

新思科技 HAPS是一款基于FPGA 的原型设计解决方案，用于在物理原型设计环境中进行从 IP 到 SoC 的硬件和软件原型设计验证 。HAPS 在硅片前虚拟环境与物理硬件之间架起了桥梁验证 。

新思科技 银

新思科技 Silver是一款用于创建和运行虚拟电子控制单元（vECU）的“软件在环”（Software-in-the-Loop）解决方案。它为跨 AUTOSAR、Linux、QNX 及各类嵌入式实时操作系统（RTOS）变体的电子控制单元开发 、功能测试以及验证 提供了一个可早期部署、可扩展、经济高效且确定性的仿真平台。

Vector 推出的 SIL 套件以及 新思科技

SIL Kit是一个用于连接软件在环（Software-in-the-Loop）环境的开源库，由 Vector 与 新思科技共同开发。它能够通过 TCP/IP 网络，将来自多家厂商的虚拟 ECU、仿真器、虚拟机和模拟器集成到单一的“软件在环”（协同仿真 ）环境中。SIL Kit 支持 CAN、CAN FD、CAN XL、以太网、FlexRay 和 LIN 网络仿真。其厂商中立、开源的特性，使其成为多方参与的软件定义车辆（SDV）开发 项目的集成骨干，在该项目中，没有任何单一工具供应商能够控制整个工具链。

Platform Architect

Platform Architect支持基于 SystemC 的早期架构探索和系统级性能/功耗分析。Platform Architect 使架构团队能够在着手进行详细的 RTL 实现之前，评估设计中的权衡取舍。

配套的Ansys 解决方案

Ansys TPT

Ansys TPT是一个用于 MiL、SiL、PiL 和 HiL 测试工作流的测试自动化平台。TPT 支持在所有开发 阶段实现一致的测试执行，包括 ECU 的 AUTOSAR 测试验证 。

在产品生命周期的运营阶段，Ansys 数字孪生产品组合提供了互补功能，将设计阶段电子数字孪生（eDT）的价值延伸至生产和现场运营环节。

Ansys Twin Builder

Ansys Twin Builder软件利用降阶模型（ROM ）创建基于仿真的数字孪生，用于实时运行监控。

Ansys TwinAI

Ansys TwinAI软件集成了基于人工智能的预测分析功能，将基于物理的模型与实际运营数据相结合。

Ansys SCADE

Ansys SCADE为安全关键型软件提供集成 AUTOSAR 且符合ISO 26262 / DO-178C 认证标准的基于模型的开发 ，从而补充了 新思科技 eDT技术组合，在安全关键型嵌入式开发 的软件架构方面提供了补充。

结合 新思科技的eDT技术相结合，这些工具全面覆盖了类别 ，既涵盖了电子学的深度，也涵盖了系统与物理学的广度。

延伸阅读

• 什么是数字孪生？——一篇关于数字孪生的综合指南类别 ，内容涵盖运营孪生、混合孪生、系统孪生和流程孪生，以及本文重点介绍的电子数字孪生。
• 工程再造：SDV时代下的电子数字孪生—— 新思科技 白皮书 探讨电子数字孪生（eDT）如何重塑汽车软件开发 。
• 软件开发 、系统验证 以及与电子数字孪生的协作—— 新思科技 白皮书 关于多方供应链中电子数字孪生（eDT）协作工作流的研究。
• 沃尔沃汽车：电子数字孪生案例研究——一个完整的、托管于云端的电子数字孪生（eDT）实例，用于验证汽车制造商（OEM）的核心系统平台。
• 大陆集团与新思科技 建立虚拟ECU 合作伙伴关系——通过 新思科技 虚拟ECU 与基于云的 CAEdge开发 环境的一级集成。
• Ansys 数字孪生产品组合——数字孪生中互补的系统与物理部分类别 。

新思科技, Inc.（纳斯达克代码：SNPS）开发了上述eDT技术——Virtualizer /VDK 、ZeBu、HAPS、Silver、SIL Kit、TPT 和 Platform Architect——工程团队可将这些技术组合成电子数字孪生，并根据开发 各阶段的需求调整其保真度。新思科技 电子数字孪生平台是一个开放平台，它将这些技术整合到一个统一的“左移”开发 环境中。

关于数字孪生类别 中互补的“系统与物理”部分，请探索 Ansys，该部分属于 新思科技数字孪生产品组合的一部分。

新思科技 提供从芯片到系统的工程解决方案。