Автоматизация электронного проектирования
Автоматизация электронного проектирования ( EDA ), также называемая системой автоматизированного электронного проектирования ( ECAD ), [1] — категория программных инструментов для проектирования электронных систем, таких как интегральные схемы и печатные платы . Эти инструменты работают вместе в рамках процесса проектирования , который разработчики микросхем используют для проектирования и анализа целых полупроводниковых чипов. Поскольку современный полупроводниковый чип может состоять из миллиардов компонентов, инструменты EDA необходимы для его проектирования; в этой статье, в частности, описывается EDA конкретно применительно к интегральным схемам (ИС).
История
[ редактировать ]Первые дни
[ редактировать ]Самая ранняя автоматизация электронного проектирования принадлежит IBM с документацией по ее компьютерам серии 700 в 1950-х годах. [2]
До разработки EDA интегральные схемы проектировались и компоновались вручную. [3] Некоторые продвинутые мастерские использовали геометрическое программное обеспечение для создания лент для Gerber фотоплоттера , отвечающего за создание монохроматического экспозиционного изображения, но даже они копировали цифровые записи механически нарисованных компонентов. По сути, процесс был графическим: перевод с электроники на графику выполнялся вручную; Самой известной компанией той эпохи была Calma , чей формат GDSII используется до сих пор. К середине 1970-х годов разработчики начали автоматизировать проектирование схем в дополнение к черчению, и размещения и маршрутизации были разработаны первые инструменты ; Когда это произошло, в материалах конференции по автоматизации проектирования было каталогизировано подавляющее большинство разработок того времени. [3]
Следующая эра началась после публикации книги СБИС «Введение в системы Карвера Мида и Линн Конвей » в 1980 году; [4] считается стандартным учебником по проектированию микросхем. [5] Результатом стало увеличение сложности проектируемых микросхем и улучшение доступа к инструментам проверки конструкции , использующим логическое моделирование . Чипы было легче размещать, и у них было больше шансов работать правильно, поскольку их конструкцию можно было более тщательно смоделировать перед созданием. Хотя языки и инструменты развивались, этот общий подход, заключающийся в определении желаемого поведения на текстовом языке программирования и предоставлении инструментам возможности получить подробный физический проект, остается основой проектирования цифровых ИС сегодня.
Самые ранние инструменты EDA были созданы академическими методами. Одним из самых известных был «Berkeley VLSI Tools Tarball», набор утилит UNIX , использовавшихся для разработки ранних систем СБИС. Широкое распространение получили эвристический логический минимайзер «Эспрессо» , [6] отвечает за снижение сложности схем и Magic , [7] платформа автоматизированного проектирования. Еще одним важным событием стало создание MOSIS . [8] консорциум университетов и производителей, который разработал недорогой способ обучения студентов-разработчиков микросхем путем производства настоящих интегральных схем. Основная концепция заключалась в использовании надежных, недорогих и относительно низкотехнологичных процессов изготовления ИС и упаковке большого количества проектов на пластину , при этом сохранялось несколько копий микросхем из каждого проекта. Сотрудничающие производители либо жертвовали обработанные пластины, либо продавали их по себестоимости, поскольку считали, что программа полезна для их собственного долгосрочного роста.
Коммерческое рождение
[ редактировать ]1981 год ознаменовал начало развития EDA как отрасли. В течение многих лет крупные электронные компании, такие как Hewlett-Packard , Tektronix и Intel , занимались EDA внутри страны, при этом менеджеры и разработчики начали выходить из этих компаний, чтобы сосредоточиться на EDA как на бизнесе. Daisy Systems , Mentor Graphics и Valid Logic Systems были основаны примерно в это время и вместе назывались DMV. В 1981 году Министерство обороны США дополнительно начало финансирование VHDL как языка описания аппаратного обеспечения. В течение нескольких лет появилось множество компаний, специализирующихся на EDA, каждая со своим акцентом.
Первая выставка EDA состоялась на конференции Design Automation Conference в 1984 году, а в 1986 году впервые представила Verilog , еще один популярный язык проектирования высокого уровня, в качестве языка описания аппаратного обеспечения компания Gateway Design Automation . За этими нововведениями быстро последовали симуляторы, позволяющие напрямую моделировать конструкции микросхем и выполняемые спецификации. В течение нескольких лет были разработаны серверные части для выполнения логического синтеза .
Современный день
[ редактировать ]Современные цифровые потоки чрезвычайно модульны: интерфейсы создают стандартизированные описания конструкции, которые компилируются в вызовы модулей, аналогичных ячейкам, без учета их индивидуальной технологии. Ячейки реализуют логические или другие электронные функции посредством использования определенной технологии интегральных схем. Производители обычно предоставляют библиотеки компонентов для своих производственных процессов с имитационными моделями, подходящими для стандартных инструментов моделирования.
Большинство аналоговых схем по-прежнему проектируются вручную, что требует специальных знаний, уникальных для аналогового проектирования (например, концепции согласования). [9] Следовательно, аналоговые инструменты EDA гораздо менее модульны, поскольку требуется гораздо больше функций, они сильнее взаимодействуют, а компоненты в целом менее идеальны.
Значение EDA для электроники быстро возросло с непрерывным развитием полупроводниковых технологий. [10] Некоторыми пользователями являются операторы литейного производства , которые управляют предприятиями по производству полупроводников («фабриками»), а также дополнительные лица, ответственные за использование компаний, предоставляющих услуги по технологическому проектированию, которые используют программное обеспечение EDA для оценки поступающей конструкции на предмет готовности к производству. Инструменты EDA также используются для программирования функций проектирования в FPGA или программируемых пользователем вентильных матрицах, а также настраиваемых конструкциях интегральных схем.
Программное обеспечение фокусируется
[ редактировать ] | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( февраль 2017 г. ) |
Дизайн
[ редактировать ]Ход проектирования в первую очередь по-прежнему характеризуется несколькими основными компонентами; к ним относятся:
- Синтез высокого уровня (также известный как поведенческий синтез или алгоритмический синтез). Описание проекта высокого уровня (например, в C/C++) преобразуется в RTL или уровень передачи регистров, отвечающий за представление схемы посредством использования взаимодействий между регистрами.
- Логический синтез – перевод описания конструкции RTL (например, написанного на Verilog или VHDL) в дискретный список соединений или представление логических элементов.
- Схематический захват — для стандартных ячеек, цифровых, аналоговых, радиочастотных Capture CIS в Orcad от Cadence и ISIS в Proteus. [ нужны разъяснения ]
- Макет — обычно макет на основе схемы , например макет в Orcad от Cadence, ARES в Proteus.
Моделирование
[ редактировать ]- Моделирование транзисторов – низкоуровневое моделирование поведения схемы/схемы транзисторов с точностью на уровне устройства.
- Логическое моделирование - цифровое моделирование цифрового поведения RTL или списка соединений шлюзов ( логическое значение 0/1), с точностью на логическом уровне.
- Поведенческое моделирование – высокоуровневое моделирование архитектурной операции проекта, точное на уровне цикла или уровня интерфейса.
- Эмуляция оборудования – использование аппаратного обеспечения специального назначения для эмуляции логики предлагаемого проекта. Иногда его можно подключить к системе вместо еще не созданного чипа; это называется внутрисхемной эмуляцией .
- Технология CAD моделирует и анализирует лежащий в основе технологический процесс. Электрические свойства устройств определяются непосредственно из физики устройств.
Анализ и проверка
[ редактировать ]- Функциональная проверка : обеспечивает соответствие логической конструкции спецификациям и правильное выполнение задач. Включает динамическую функциональную проверку посредством моделирования, эмуляции и прототипов. [11]
- RTL Linting для соблюдения правил кодирования, таких как синтаксис, семантика и стиль. [12]
- Проверка пересечения тактового домена (проверка CDC): аналогична проверке , но эти проверки/инструменты специализируются на обнаружении и сообщении о потенциальных проблемах, таких как потеря данных , метастабильность из-за использования нескольких тактовых доменов в проекте.
- Формальная проверка , а также проверка модели : попытки математическими методами доказать, что система обладает определенными желаемыми свойствами и что некоторые нежелательные эффекты (например, тупик ) не могут произойти.
- Проверка эквивалентности -описанием чипа : алгоритмическое сравнение между RTL и синтезированным списком шлюзов для обеспечения функциональной эквивалентности на логическом уровне.
- Статический временной анализ : анализ временных характеристик схемы независимым от входа способом, следовательно, поиск наихудшего случая для всех возможных входных данных.
- Извлечение макета : начиная с предложенного макета, вычислите (приблизительные) электрические характеристики каждого провода и устройства. Часто используется в сочетании со статическим временным анализом, описанным выше, для оценки производительности готового чипа.
- Решатели электромагнитного поля , или просто решатели поля , решают уравнения Максвелла напрямую для случаев, представляющих интерес при проектировании ИС и печатных плат. Они известны тем, что работают медленнее, но более точны, чем извлечение макета, приведенное выше.
- Физическая проверка , PV: проверка возможности физического изготовления конструкции и того, что полученные чипы не будут иметь каких-либо физических дефектов, препятствующих функционированию, и будут соответствовать исходным спецификациям.
Подготовка производства
[ редактировать ]- Подготовка данных маски или MDP — создание реальных литографических фотошаблонов , используемых для физического изготовления чипа.
- Чип-доводка , включающая нестандартные обозначения и конструкции для улучшения технологичности макета. Примерами последних являются уплотнительное кольцо и наполнители. [13]
- Изготовление макета прицельной сетки с тестовыми шаблонами и метками совмещения.
- Подготовка макета к маске , которая улучшает данные макета с помощью графических операций, таких как методы повышения разрешения (RET) — методы повышения качества окончательной фотомаски . Сюда также входит оптическая коррекция близости (OPC) или технология обратной литографии (ILT) – предварительная компенсация дифракционных и интерференционных эффектов, возникающих позже, когда чип изготавливается с использованием этой маски.
- Генерация маски — создание плоского изображения маски на основе иерархического дизайна.
- Автоматическое создание тестовых шаблонов или ATPG — систематическое генерирование данных шаблонов для проверки как можно большего количества логических элементов и других компонентов.
- Встроенное самотестирование или BIST — установка автономных тест-контроллеров для автоматического тестирования логики или структуры памяти в проекте.
Функциональная безопасность
[ редактировать ]- Функциональный анализ безопасности , систематический расчет частоты отказов во времени (FIT) и показателей диагностического покрытия для проектов, чтобы соответствовать требованиям соответствия для желаемых уровней полноты безопасности.
- Синтез функциональной безопасности, повышение надежности структурированных элементов (модулей, ОЗУ, ПЗУ, файлов регистров, FIFO) для улучшения обнаружения ошибок/отказоустойчивости. Это включает (не ограничиваясь этим) добавление кодов обнаружения и/или исправления ошибок (Хемминга), избыточной логики для обнаружения ошибок и отказоустойчивости (дубликат/тройной дубликат) и проверок протоколов (четность интерфейса, выравнивание адресов, подсчет тактов).
- Проверка функциональной безопасности, проведение кампании по выявлению неисправностей, включая включение неисправностей в проект и проверку того, что механизм безопасности соответствующим образом реагирует на неисправности, которые считаются охватываемыми.
Компании
[ редактировать ]Текущий
[ редактировать ]Рыночная капитализация и название компании по состоянию на март 2023 г.:
- 57,87 миллиарда долларов [14] – Синопсис
- 56,68 миллиарда долларов [15] – Системы проектирования Каденса
- 24,98 миллиарда долларов [16] – Ансис
- 4,88 миллиарда австралийских долларов [17] — Альтиум
- 77,25 млрд йен [18] - Цукен
Несуществующий
[ редактировать ]Рыночная капитализация и название компании по состоянию на декабрь 2011 г. [update]: [19]
- 2,33 миллиарда долларов – Mentor Graphics ; Siemens приобрела Mentor в 2017 году и была переименована в Siemens EDA в 2021 году. [20] [21]
- 507 миллионов долларов – Автоматизация проектирования Magma ; Synopsys приобрела Magma в феврале 2012 года. [22] [23]
- 6,44 миллиарда тайваньских долларов – SpringSoft ; Synopsys приобрела SpringSoft в августе 2012 года.
Приобретения
[ редактировать ]Многие компании EDA приобретают небольшие компании с программным обеспечением или другими технологиями, которые можно адаптировать к их основному бизнесу. [24] Большинство лидеров рынка представляют собой объединения многих небольших компаний, и этой тенденции способствует тенденция компаний-разработчиков программного обеспечения разрабатывать инструменты в качестве аксессуаров, которые естественным образом вписываются в набор программ для цифровых схем более крупных поставщиков ; многие новые инструменты включают в себя аналоговую конструкцию и смешанные системы. [25] Это происходит из-за тенденции размещать целые электронные системы на одном чипе .
Технические конференции
[ редактировать ]- Конференция по автоматизации проектирования
- Международная конференция по компьютерному проектированию
- Автоматизация проектирования и испытаний в Европе
- Конференция по автоматизации проектирования в Азии и Южно-Тихоокеанском регионе
- Симпозиумы по технологиям и схемам СБИС
См. также
[ редактировать ]
- Компьютерное проектирование (САПР)
- Схемотехника
- база данных ЭДА
- Основы и тенденции в автоматизации проектирования электроники
- Signoff (автоматизация электронного проектирования)
- Сравнение программного обеспечения EDA
- Платформенный дизайн
- Кремниевый компилятор
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Об индустрии EDA» . Консорциум автоматизации электронного проектирования. Архивировано из оригинала 2 августа 2015 года . Проверено 29 июля 2015 г.
- ^ «1966: Разработаны средства автоматизированного проектирования микросхем» . Музей истории компьютеров . Проверено 1 января 2023 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «EDA (автоматизация электронного проектирования) — с чего начинается электроника» . Вставить журнал . 25 мая 2013 года . Проверено 1 января 2023 г.
- ^ Мид, Карвер; Конвей, Линн. Введение в проектирование СБИС . Аддисон-Уэсли.
- ^ «Карвер Мид награжден Киотской премией Фонда Инамори» . Калтех . 17 июня 2022 г. Проверено 1 января 2023 г.
- ^ Брайтон, Роберт К., Гэри Д. Хачтел, Курт МакМаллен и Альберто Санджованни-Винсентелли (1984). Алгоритмы логической минимизации для синтеза СБИС . Том. 2. Springer Science & Business Media.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Оустерхаут, Джон К., Гордон Т. Хамачи, Роберт Н. Мэйо, Уолтер С. Скотт и Джордж С. Тейлор (1985). «Волшебная система компоновки СБИС». IEEE Проектирование и тестирование компьютеров . 2 (1): 19–30.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Томович, Кристина (1988). «МОСИС-ворота в кремний». Журнал IEEE «Схемы и устройства» . 4 (2): 22–23.
- ^ Й. Лиениг, Й. Шейбле (2020). «Глава 6: Специальные методы компоновки для проектирования аналоговых ИС». Основы топологии электронных схем . Спрингер. стр. 213–256. дои : 10.1007/978-3-030-39284-0 . ISBN 978-3-030-39284-0 . S2CID 215840278 .
- ^ Лаваньо, Мартин и Шеффер (2006). Справочник по автоматизации электронного проектирования интегральных схем . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 0849330963 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Функциональная проверка» . Полупроводниковая техника . 17 марта 2017 г. Проверено 10 апреля 2023 г.
- ^ Линтинг BTV RTL. Проверено 2 января 2023 г.
- ^ Й. Лиениг, Й. Шейбле (2020). «Глава 3.3: Данные маски: постобработка макета». Основы топологии электронных схем . Спрингер. стр. 102–110. дои : 10.1007/978-3-030-39284-0 . ISBN 978-3-030-39284-0 . S2CID 215840278 .
- ^ «Цены и новости акций Synopsys, Inc. (SNPS) — Google Finance» . www.google.com . Проверено 23 марта 2023 г.
- ^ «Цены и новости акций Cadence Design Systems Inc (CDNS) — Google Finance» . www.google.com . Проверено 23 марта 2023 г.
- ^ «Цены на акции и новости ANSYS, Inc. (ANSS)» . Гугл Финансы . Проверено 4 декабря 2023 г.
- ^ «Цены и новости акций Altium Limited (ALU) — Google Finance» . www.google.com . Проверено 23 марта 2023 г.
- ^ «Цены на акции Zuken Inc (6947) и новости — Google Finance» . www.google.com . Проверено 23 марта 2023 г.
- ^ Сравнение компаний — Google Finance . Google.com. Проверено 10 августа 2013 г.
- ^ «Siemens приобретает Mentor Graphics за 4,5 миллиарда долларов, устройство с возможностью подключения глаз и расширение здания» . ЗДНЕТ . Проверено 23 марта 2023 г.
- ^ Дахад, Нитин (15 декабря 2020 г.). «С января 2021 года наставник наконец станет Siemens EDA» . ЭЭ Таймс . Проверено 23 марта 2023 г.
- ^ Дилан МакГрат (30 ноября 2011 г.). «Synopsys купит Magma за 507 миллионов долларов» . ЭТаймс. Архивировано из оригинала 25 октября 2012 года . Проверено 17 июля 2012 г.
- ^ «Synopsys для приобретения автоматизации проектирования магмы» .
- ^ Кирти Сикри Десаи (2006). «Инновации EDA посредством слияний и поглощений» . Кафе ЭДА . Проверено 23 марта 2010 г.
- ^ «Полу Wiki:EDA Wiki по слияниям и поглощениям» . SemiWiki.com . 16 января 2011 года. Архивировано из оригинала 3 апреля 2019 года . Проверено 3 апреля 2019 г.
- Примечания
- http://www.staticfreesoft.com/documentsTextbook.html Компьютерные средства для проектирования СБИС, Стивен М. Рубин
- «Основы топологии электронных схем» , Лиениг, Шайбл, Спрингер, дои : 10.1007/978-3-030-39284-0 ISBN 978-3-030-39284-0 , 2020 г.
- Физическое проектирование СБИС: от разделения графа к временному замыканию , Канг, Лиениг, Марков и Ху, дои : 10.1007/978-3-030-96415-3 ISBN 978-3-030-96414-6 , 2022 г.
- Справочник по автоматизации проектирования электронных систем для интегральных схем , автор: Лаваньо, Мартин и Шеффер, ISBN 0-8493-3096-3 , 2006 г.
- Справочник по автоматизации проектирования электроники , автор: Дирк Янсен и др., Kluwer Academic Publishers, ISBN 1-4020-7502-2 , 2003 г., также доступен на немецком языке. ISBN 3-446-21288-4 (2005 г.)
- Комбинаторные алгоритмы для компоновки интегральных схем , Томас Ленгауэр, ISBN 3-519-02110-2 , Тойбнер Верлаг, 1997.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
