Automação de projetos eletrônicos

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Automação de projeto eletrônico ( EDA ), também conhecido como projeto assistido por computador eletrônico ( ECAD ), [1] é uma categoria de ferramentas de software para projetar sistemas eletrônicos , como circuitos integrados e placas de circuito impresso . As ferramentas trabalham juntas em um fluxo de design que os designers de chips usam para projetar e analisar chips semicondutores inteiros. Como um chip semicondutor moderno pode ter bilhões de componentes, as ferramentas EDA são essenciais para seu projeto; este artigo em particular descreve EDA especificamente com relação a circuitos integrados (ICs).

História [ editar ]

Primeiros dias [ editar ]

Antes do desenvolvimento da EDA, os circuitos integrados eram desenhados à mão e dispostos manualmente. Algumas lojas avançadas usavam software geométrico para gerar fitas para um fotoplotter Gerber , responsável por gerar uma imagem de exposição monocromática, mas mesmo aquelas copiavam gravações digitais de componentes desenhados mecanicamente. O processo foi fundamentalmente gráfico, com a tradução da eletrônica para a gráfica feita manualmente; a empresa mais conhecida dessa época foi a Calma , cujo formato GDSII ainda está em uso hoje. Em meados da década de 1970, os desenvolvedores começaram a automatizar o projeto de circuitos, além do desenho e as primeiras ferramentas de posicionamento e roteamento foram desenvolvidas; quando isso ocorreu, os procedimentos doA Design Automation Conference catalogou a grande maioria dos desenvolvimentos da época.

A próxima era começou após a publicação de "Introduction to VLSI Systems" por Carver Mead e Lynn Conway em 1980; este texto inovador defendia o design de chips com linguagens de programação que compilavam em silício. O resultado imediato foi um aumento considerável na complexidade dos chips que poderiam ser projetados, com melhor acesso a ferramentas de verificação de projeto que utilizavam simulação lógica. Muitas vezes, os chips eram mais fáceis de colocar e mais propensos a funcionar corretamente, pois seus projetos podiam ser simulados mais detalhadamente antes da construção. Embora as linguagens e ferramentas tenham evoluído, essa abordagem geral de especificar o comportamento desejado em uma linguagem de programação textual e permitir que as ferramentas obtenham o projeto físico detalhado continua sendo a base do projeto de CI digital hoje.

As primeiras ferramentas EDA foram produzidas academicamente. Um dos mais famosos foi o "Berkeley VLSI Tools Tarball", um conjunto de utilitários UNIX usados ​​para projetar os primeiros sistemas VLSI. Ainda amplamente utilizados são o minimizador lógico heurístico Espresso , responsável pela redução da complexidade dos circuitos e o Magic , uma plataforma de projeto auxiliado por computador. Outro desenvolvimento crucial foi a formação do MOSIS , um consórcio de universidades e fabricantes que desenvolveu uma maneira barata de treinar designers de chips de estudantes produzindo circuitos integrados reais. O conceito básico era usar processos IC confiáveis, de baixo custo e tecnologia relativamente baixa e empacotar um grande número de projetos por wafer, com várias cópias de fichas de cada projeto permanecendo preservadas. Os fabricantes cooperantes doaram os wafers processados ​​ou os venderam a preço de custo, pois viram o programa útil para seu próprio crescimento a longo prazo.

Nascimento da EDA comercial [ editar ]

1981 marcou o início da EDA como uma indústria. Por muitos anos, as maiores empresas eletrônicas, como Hewlett Packard , Tektronix e Intel , buscaram a EDA internamente, com gerentes e desenvolvedores começando a sair dessas empresas para se concentrar na EDA como um negócio. Daisy Systems , Mentor Graphics e Valid Logic Systems foram todas fundadas nessa época e coletivamente chamadas de DMV. Em 1981, o Departamento de Defesa dos EUA também começou a financiar o VHDL como uma linguagem de descrição de hardware. Em poucos anos, havia muitas empresas especializadas em EDA, cada uma com uma ênfase ligeiramente diferente.

A primeira feira de EDA foi realizada na Design Automation Conference em 1984 e em 1986, Verilog , outra popular linguagem de design de alto nível, foi introduzida pela primeira vez como uma linguagem de descrição de hardware pela Gateway Design Automation . Os simuladores seguiram rapidamente essas introduções, permitindo a simulação direta de designs de chips e especificações executáveis. Dentro de vários anos, back-ends foram desenvolvidos para realizar a síntese lógica .

Status atual [ editar ]

Os fluxos digitais atuais são extremamente modulares, com front-ends produzindo descrições de design padronizadas que se compilam em invocações de unidades semelhantes a células, sem levar em consideração sua tecnologia individual. As células implementam a lógica ou outras funções eletrônicas através da utilização de uma tecnologia de circuito integrado particular. Os fabricantes geralmente fornecem bibliotecas de componentes para seus processos de produção, com modelos de simulação que se ajustam às ferramentas de simulação padrão.

A maioria dos circuitos analógicos ainda é projetada de forma manual, exigindo conhecimento especializado exclusivo do projeto analógico (como conceitos de correspondência). [2] Assim, as ferramentas EDA analógicas são muito menos modulares, pois são necessárias muito mais funções, interagem mais fortemente e os componentes são, em geral, menos ideais.

A EDA para eletrônicos aumentou rapidamente em importância com a escala contínua da tecnologia de semicondutores . [3] Alguns usuários são operadores de fundição , que operam as instalações de fabricação de semicondutores ("fabs") e indivíduos adicionais responsáveis ​​por utilizar as empresas de serviços de projeto de tecnologia que usam software EDA para avaliar um projeto de entrada para prontidão de fabricação. As ferramentas EDA também são usadas para programar a funcionalidade do projeto em FPGAs ou matrizes de portas programáveis ​​em campo, projetos de circuitos integrados personalizáveis.

Focos de software [ editar ]

Projeto [ editar ]

O fluxo de projeto permanece caracterizado principalmente por meio de vários componentes primários; esses incluem:

  • Síntese de alto nível (também conhecida como síntese comportamental ou síntese algorítmica) – A descrição de projeto de alto nível (por exemplo, em C/C++) é convertida em RTL ou nível de transferência de registradores, responsável por representar circuitos através da utilização de interações entre registradores.
  • Síntese lógica – A tradução da descrição do projeto RTL (por exemplo, escrita em Verilog ou VHDL) em uma netlist discreta ou representação de portas lógicas.
  • Captura esquemática – Para captura CIS de célula padrão digital, analógica e semelhante a RF no Orcad by Cadence e ISIS no Proteus. [ esclarecimentos necessários ]
  • Layout – geralmente layout orientado a esquemas , como Layout no Orcad da Cadence, ARES no Proteus

Simulação [ editar ]

  • Simulação de transistor – simulação de transistor de baixo nível do comportamento de um esquema/layout, precisa no nível do dispositivo.
  • Simulação lógica – simulação digital do comportamento digital de um RTL ou gate-netlist ( boolean 0/1), preciso em nível booleano.
  • Simulação comportamental – simulação de alto nível da operação arquitetônica de um projeto, precisa no nível do ciclo ou no nível da interface.
  • Emulação de hardware – Uso de hardware de propósito especial para emular a lógica de um projeto proposto. Às vezes, pode ser conectado a um sistema no lugar de um chip ainda a ser construído; isso é chamado de emulação no circuito .
  • Tecnologia CAD simula e analisa a tecnologia de processo subjacente. As propriedades elétricas dos dispositivos são derivadas diretamente da física do dispositivo.
  • Solucionadores de campo eletromagnético , ou apenas solucionadores de campo , resolvem as equações de Maxwell diretamente para casos de interesse em projeto de IC e PCB. Eles são conhecidos por serem mais lentos, mas mais precisos do que a extração de layout acima. [ onde? ]
Programa de captura esquemática

Análise e verificação [ editar ]

Preparação de fabricação [ editar ]

Segurança funcional [ editar ]

  • Análise de segurança funcional , cálculo sistemático de taxas de falha no tempo (FIT) e métricas de cobertura de diagnóstico para projetos a fim de atender aos requisitos de conformidade para os níveis de integridade de segurança desejados.
  • Síntese de segurança funcional , adicione aprimoramentos de confiabilidade a elementos estruturados (módulos, RAMs, ROMs, arquivos de registro, FIFOs) para melhorar a detecção de falhas / tolerância a falhas. Isso inclui (não limitado a), adição de códigos de detecção e/ou correção de erros (Hamming), lógica redundante para detecção de falhas e tolerância a falhas (duplicado / triplicado) e verificações de protocolo (paridade de interface, alinhamento de endereço, contagem de batimentos)
  • Verificação de segurança funcional, execução de uma campanha de falhas, incluindo inserção de falhas no projeto e verificação de que o mecanismo de segurança reage de maneira adequada às falhas consideradas cobertas.
Layout de PCB e esquema para projeto de conectores

Empresas [ editar ]

Empresas antigas [ editar ]

Capitalização de mercado e nome da empresa em dezembro de 2011 : [5]

Nota: EEsof provavelmente deve estar nesta lista, [10] mas não tem um valor de mercado, pois é a divisão EDA da Keysight .

Aquisições [ editar ]

Muitas empresas EDA adquirem pequenas empresas com software ou outra tecnologia que pode ser adaptada ao seu core business. [11] A maioria dos líderes de mercado são amálgamas de muitas empresas menores e essa tendência é ajudada pela tendência das empresas de software de projetar ferramentas como acessórios que se encaixam naturalmente no conjunto de programas de um fornecedor maior em circuitos digitais ; muitas novas ferramentas incorporam design analógico e sistemas mistos. [12] Isso está acontecendo devido a uma tendência de colocar sistemas eletrônicos inteiros em um único chip .

Veja também [ editar ]

Referências [ editar ]

  1. ^ "Sobre a Indústria EDA" . Consórcio de Automação de Projetos Eletrônicos. Arquivado a partir do original em 2 de agosto de 2015 . Recuperado em 29 de julho de 2015 .
  2. ^ J. Lienig, J. Scheible (2020). "Cap. 6: Técnicas Especiais de Layout para Projeto de IC Analógico". Fundamentos do Projeto de Layout de Circuitos Eletrônicos . Springer. pág. 213-256. ISBN 978-3-030-39284-0.
  3. ^ Lavagno, Martin e Scheffer (2006). Manual de Automação de Projeto Eletrônico para Circuitos Integrados . Taylor e Francisco. ISBN 0849330963.{{cite book}}: CS1 maint: vários nomes: lista de autores ( link )
  4. ^ J. Lienig, J. Scheible (2020). "Cap. 3.3: Dados de máscara: Pós-processamento de layout". Fundamentos do Projeto de Layout de Circuitos Eletrônicos . Springer. pág. 102-110. doi : 10.1007/978-3-030-39284-0 . ISBN 978-3-030-39284-0.
  5. ^ Comparação da empresa - Google Finance . Google.com. Recuperado em 2013-08-10.
  6. ^ Synopsys, Inc.: NASDAQ: SNPS cotações & notícias - Google Finance . Google.com (2013-05-22). Recuperado em 2013-08-10.
  7. ^ Estatísticas chave de CDNS | Cadence Design Systems, Inc. Ações - Yahoo! Finanças . Finance.yahoo. com. Recuperado em 2013-08-10.
  8. ^ Dylan McGrath (30 de novembro de 2011). "Sinopse para comprar Magma por US$ 507 milhões" . EETimes. Arquivado do original em 25 de outubro de 2012 . Recuperado em 17 de julho de 2012 .
  9. ^ "Sinopse para adquirir automação de design de magma" .
  10. ^ "Agilent EEsof EDA - Parte I" .
  11. ^ Kirti Sikri Desai (2006). "Inovação EDA através de Fusões e Aquisições" . Café EDA . Recuperado em 23 de março de 2010 .
  12. ^ "Semi Wiki: EDA Fusões e Aquisições Wiki" . SemiWiki . com . 16 de janeiro de 2011. Arquivado a partir do original em 3 de abril de 2019 . Recuperado em 3 de abril de 2019 .
Notas