Automatizace elektronického designu - Electronic design automation

„ECAD“ přeadresuje tady. Informace o brazilské organizaci viz ECAD (Brazílie). Pro další použití viz ECAD (disambiguation).

Automatizace elektronického designu (EDA), označovaný také jako elektronický počítačový design (ECAD),[1] je kategorie softwarové nástroje pro navrhování elektronické systémy jako integrované obvody a desky plošných spojů. Nástroje spolupracují v a návrhový tok které návrháři čipů používají k navrhování a analýze celých polovodičových čipů. Vzhledem k tomu, že moderní polovodičový čip může obsahovat miliardy komponent, jsou nástroje EDA nezbytné pro jejich konstrukci; tento článek zejména popisuje EDA konkrétně s ohledem na integrované obvody (IC).

Dějiny

Brzké dny

Před rozvojem EDA integrované obvody byly navrženy ručně a ručně vyloženy. Některé vyspělé obchody používaly ke generování pásek pro a. Geometrický software Gerber fotoploter, zodpovědný za generování monochromatického expozičního obrazu, ale i ty kopírovaly digitální záznamy mechanicky nakreslených komponent. Tento proces byl zásadně grafický, přičemž překlad z elektroniky do grafiky byl prováděn ručně; nejznámější společnost z této doby byla Calma, jehož GDSII formát se používá dodnes. V polovině sedmdesátých let začali vývojáři kromě návrhu a první také automatizovat návrh obvodů umístění a směrování byly vyvinuty nástroje; jelikož k tomu došlo, řízení Konference o automatizaci designu katalogizoval velkou většinu tehdejšího vývoje.

Další éra začala po publikaci „Úvod do VLSI Systémy " Carver Mead a Lynn Conway v roce 1980; tento průkopnický text prosazoval design čipu s programovacími jazyky, které se kompilovaly do křemíku. Okamžitým výsledkem bylo značné zvýšení složitosti čipů, které bylo možné navrhnout, se zlepšeným přístupem k nim ověření návrhu nástroje, které se používaly logická simulace. Čipy se často snáze rozkládaly a pravděpodobněji fungovaly správně, protože jejich konstrukce bylo možné před konstrukcí důkladněji simulovat. Přestože se jazyky a nástroje vyvinuly, tento obecný přístup k určení požadovaného chování v textovém programovacím jazyce a ponechání nástrojů k odvození podrobného fyzického designu zůstává dnes základem digitálního návrhu IC.

Nejstarší nástroje EDA byly vyrobeny akademicky. Jedním z nejslavnějších byl soubor „Berkeley VLSI Tools Tarball“ UNIX nástroje používané k návrhu časných systémů VLSI. Stále široce používané jsou Minimalizátor heuristické logiky espressa, odpovědný za snížení složitosti obvodů a Kouzlo, počítačově podporovaná návrhářská platforma. Dalším zásadním vývojem bylo vytvoření MOSIS, konsorcium univerzit a zpracovatelů, které vyvinulo levný způsob školení návrhářů studentských čipů produkcí skutečných integrovaných obvodů. Základním konceptem bylo použití spolehlivých, nízkonákladových, relativně málo technologických IC procesů a zabalení velkého počtu projektů oplatka, přičemž několik kopií čipů z každého projektu zůstává zachováno. Spolupracující výrobci buď zpracované oplatky darovali, nebo je prodali za cenu. protože viděli program užitečný pro jejich vlastní dlouhodobý růst.

Zrození komerční EDA

Rok 1981 znamenal počátek EDA jako průmyslového odvětví. Po mnoho let velké elektronické společnosti, jako např Hewlett Packard, Tektronix a Intel, sledoval EDA interně, přičemž manažeři a vývojáři začali z těchto společností vyčleňovat, aby se soustředili na EDA jako na podnikání. Daisy Systems, Mentor Graphics a Platné logické systémy všechny byly založeny v této době a souhrnně označovány jako DMV. V roce 1981 Americké ministerstvo obrany navíc začalo financování VHDL jako jazyk popisu hardwaru. Během několika let se na EDA specializovalo mnoho společností, každá s mírně odlišným důrazem.

První veletrh EDA se konal na Konference o automatizaci designu v roce 1984 a v roce 1986, Verilog, další populární designový jazyk na vysoké úrovni, byl poprvé představen jako jazyk popisu hardwaru u Automatizace návrhu brány. Simulátory tyto návody rychle následovaly a umožnily přímou simulaci návrhů čipů a spustitelných specifikací. Během několika let byly vytvořeny back-endy logická syntéza.

Aktuální stav

Hlavní články: Design integrovaného obvodu, Designové uzavření, a Návrhový tok (EDA)

Současné digitální toky jsou extrémně modulární, přičemž frontendy produkují standardizované popisy návrhů, které se kompilují do vyvolání jednotek podobných buňkám bez ohledu na jejich individuální technologii. Buňky implementují logické nebo jiné elektronické funkce prostřednictvím využití konkrétní technologie integrovaných obvodů. Výrobci obecně poskytují knihovny komponent pro své výrobní procesy se simulačními modely, které vyhovují standardním simulačním nástrojům. Analogové nástroje EDA jsou mnohem méně modulární, protože je zapotřebí mnohem více funkcí, interagují silněji a komponenty jsou obecně méně ideální.

EDA pro elektroniku rychle rostla na důležitosti s průběžným škálováním polovodič technologie.[2] Někteří uživatelé jsou slévárna provozovatelé, kteří provozují výroba polovodičů zařízení („fabs“) a další osoby odpovědné za využívání společností poskytujících technologický design a služeb, které používají software EDA k hodnocení příchozího návrhu připravenosti výroby. Nástroje EDA se také používají pro programování funkčnosti návrhu do FPGA nebo polní programovatelná hradlová pole, přizpůsobitelné designy integrovaných obvodů.

Softwarové zaměření

Design

Hlavní článek: Návrhový tok (EDA)

Design Flow primárně zůstává charakterizován několika primárními komponentami; tyto zahrnují:

  • Syntéza na vysoké úrovni (dále známá jako behaviorální syntéza, orálně algoritmická syntéza) - Popis návrhu na vysoké úrovni (např. v C / C ++) se převede na RTL nebo úroveň přenosu registru, odpovědná za reprezentaci obvodů prostřednictvím využití interakcí mezi registry.
  • Logická syntéza - Překlad RTL popis návrhu (např. napsaný ve Verilogu nebo VHDL) do diskrétního netlist nebo reprezentace logických bran.
  • Schematické zachycení - Pro standardní buňkové digitální, analogové, RF podobné Capture CIS v Orcad od Cadence a ISIS v Proteus.[je zapotřebí objasnění ]
  • Rozložení - obvykle schematické rozvržení, jako Layout in Orcad by Cadence, ARES in Proteus

Simulace

Hlavní článek: Simulace elektronických obvodů
  • Simulace tranzistoru - nízkoúrovňová simulace tranzistoru chování schématu / rozložení, přesná na úrovni zařízení.
  • Logická simulace - digitální simulace RTL nebo digitální chování brány-netlist (boolean 0/1), přesné na booleovské úrovni.
  • Behaviorální simulace - simulace architektonické operace designu na vysoké úrovni, přesná na úrovni cyklu nebo na úrovni rozhraní.
  • Emulace hardwaru - Použití speciálního hardwaru k emulaci logiky navrhovaného designu. Může být někdy zapojen do systému namísto dosud zabudovaného čipu; tomu se říká emulace v obvodu.
  • Technologie CAD simulovat a analyzovat základní procesní technologii. Elektrické vlastnosti zařízení jsou odvozeny přímo z fyziky zařízení.
  • Řešiče elektromagnetického pole, nebo prostě polní řešitelé, řešit Maxwellovy rovnice přímo pro případy zájmu o design IC a PCB. Jsou známé tím, že jsou pomalejší, ale přesnější než extrakce rozložení výše.[kde? ]
Program schematického snímání

Analýza a ověření

Příprava výroby

Funkční bezpečnost

  • Analýza funkční bezpečnosti, systematické počítání poruch v čase (FIT) a metriky diagnostického pokrytí pro návrhy, aby byly splněny požadavky na shodu pro požadované úrovně integrity bezpečnosti.
  • Syntéza funkční bezpečnosti, přidejte vylepšení spolehlivosti ke strukturovaným prvkům (moduly, RAM, ROM, registrační soubory, FIFO), abyste zlepšili detekci chyb / odolnost proti chybám. Mezi ně patří (nejen) přidání kódů pro detekci a / nebo opravu chyb (Hamming), redundantní logika pro detekci chyb a odolnost proti chybám (duplikát / triplikát) a kontroly protokolu (parita rozhraní, zarovnání adresy, počet taktů)
  • Ověření funkční bezpečnosti, spuštění poruchové kampaně, včetně vložení poruch do návrhu a ověření, že bezpečnostní mechanismus reaguje vhodným způsobem na poruchy, které jsou považovány za kryté.
Rozložení a schéma desky plošných spojů pro návrh konektoru

Společnosti

Další informace: Seznam společností EDA

Staré společnosti

Tržní kapitalizace a název společnosti k prosinci 2011:[3]

Poznámka: EEsof pravděpodobně by měl být na tomto seznamu,[8] ale nemá tržní strop, protože se jedná o divizi EDA Keysight.

Akvizice

Hlavní článek: Seznam společností EDA

Mnoho společností EDA získává malé společnosti se softwarem nebo jinou technologií, kterou lze přizpůsobit jejich hlavnímu podnikání.[9] Většina lídrů na trhu je sloučením mnoha menších společností a tomuto trendu napomáhá tendence softwarových společností navrhovat nástroje jako příslušenství, které přirozeně zapadá do sady programů většího dodavatele na digitální obvody; mnoho nových nástrojů zahrnuje analogový design a smíšené systémy.[10] To se děje kvůli trendu umisťovat celé elektronické systémy na jednom čipu.

Viz také

Reference

  1. ^ „O průmyslu EDA“. Konsorcium pro automatizaci elektronického designu. Archivovány od originál 2. srpna 2015. Citováno 29. července 2015.
  2. ^ Lavagno, Martin a Scheffer (2006). Příručka pro elektronickou automatizaci designu pro integrované obvody. Taylor a Francis. ISBN  0849330963.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  3. ^ Srovnání společností - Google Finance. Google.com. Citováno 2013-08-10.
  4. ^ Synopsys, Inc .: NASDAQ: Citace a zprávy SNPS - Google Finance. Google.com (22.05.2013). Citováno 2013-08-10.
  5. ^ Klíčové statistiky CDNS | Stock Cadence Design Systems, Inc. - Yahoo! Finance. Finance.yahoo.com. Citováno 2013-08-10.
  6. ^ Dylan McGrath (30. listopadu 2011). „Synopsys koupí Magmu za 507 milionů dolarů“. EETimes.
  7. ^ „Synopsys získá Magma Design Automation“.
  8. ^ „Agilent EEsof EDA - část I“.
  9. ^ Kirti Sikri Desai (2006). „Inovace EDA prostřednictvím fúzí a akvizic“. EDA Cafe. Citováno 23. března 2010.
  10. ^ „Semi Wiki: EDA fúze a akvizice Wiki“. SemiWiki.com. 16. ledna 2011. Citováno 3. dubna 2019.
Poznámky
  • http://www.staticfreesoft.com/documentsTextbook.html Počítačové pomůcky pro návrh VLSI od Stevena M. Rubina
  • Fyzický design VLSI: Od rozdělení grafů po uzavření časováníKahng, Lienig, Markov a Hu, doi:10.1007/978-90-481-9591-6ISBN  978-90-481-9590-9, 2011
  • Příručka pro elektronickou automatizaci designu pro integrované obvody, předložili Lavagno, Martin a Scheffer, ISBN  0-8493-3096-3, 2006
  • Příručka pro automatizaci elektronického designuDirk Jansen a kol., Kluwer Academic Publishers, ISBN  1-4020-7502-2, 2003, k dispozici také v němčině ISBN  3-446-21288-4 (2005)
  • Kombinatorické algoritmy pro rozložení integrovaných obvodů, Thomas Lengauer, ISBN  3-519-02110-2, Teubner Verlag, 1997.