淺談EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)

1 概述

EDA（Electronic Design Automation）是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作，即IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì).EDA工具的出現(xiàn)，給電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了革命性的變化。隨著INTEL公司PENTIUM處理器的推出，ALTERA、XILINX等公司幾十萬(wàn)門(mén)乃至上百萬(wàn)門(mén)規(guī)模的FPGA的上市，以及大規(guī)模的芯片組和高速、高密度印刷電路板的應(yīng)用，EDA工程在功能仿真、時(shí)序分析、集成電路自動(dòng)測(cè)試、高速印刷電路板設(shè)計(jì)及操作平臺(tái)的擴(kuò)展等方面都面臨著新的巨大的挑戰(zhàn)，這些問(wèn)題實(shí)際上也是新一代EDA技術(shù)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

2 EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)

電子產(chǎn)業(yè)瞬息萬(wàn)變，隨著新一代半導(dǎo)體工藝和設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步及新的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)需求的變化，設(shè)計(jì)人員必須不斷嘗試新的EDA工具及解決方案。目前，EDA產(chǎn)業(yè)正面臨一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，必須隨著客戶、電子及IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的需求而進(jìn)行調(diào)整、改變與創(chuàng)新。

（1）EDA發(fā)展生存必須適應(yīng)市場(chǎng)趨勢(shì)，專注技術(shù)創(chuàng)新，保持領(lǐng)先地位。

隨著半導(dǎo)體工藝邁入納米時(shí)代及設(shè)計(jì)復(fù)雜度的快速提升，設(shè)計(jì)公司面臨許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括時(shí)序收斂、信號(hào)完整性、可制造性設(shè)計(jì)（DFM）及低功耗設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)公司被迫尋找新的EDA設(shè)計(jì)工具以提升生產(chǎn)率，進(jìn)而應(yīng)付當(dāng)今市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。先進(jìn)的技術(shù)是EDA公司的生命線，必須持續(xù)投入內(nèi)部研發(fā)，以創(chuàng)新想法及新穎技術(shù)配合半導(dǎo)體工藝及設(shè)計(jì)領(lǐng)域的要求開(kāi)發(fā)最新的產(chǎn)品滿足市場(chǎng)需求，今后EDA產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)將會(huì)在系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證及DFM兩大領(lǐng)域。為了增加在系統(tǒng)及驗(yàn)證市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，EDA工具主要供應(yīng)商之一Cadence收購(gòu)了提供系統(tǒng)驗(yàn)證解決方案的關(guān)鍵供應(yīng)商vsity公司，通過(guò)其主要的VPA（驗(yàn)證過(guò)程自動(dòng)化）產(chǎn)品，提供了一個(gè)在統(tǒng)一的多語(yǔ)言基礎(chǔ)架構(gòu)上進(jìn)行模擬、加速、仿真的解決方案，可幫助客戶顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和加快產(chǎn)品上市時(shí)間，目前許多國(guó)際領(lǐng)先廠商及新興設(shè)計(jì)公司都已開(kāi)始全面采用這種新的方式。根據(jù)Dataquest的資料顯示，在65nm及90nrn以下的IC設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的成品率是影響設(shè)計(jì)及最終產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的最大因素，DFM工具因而受到高度重視。

（2）一體化工具和IP是發(fā)展方向一體化的工具使用戶受益于一個(gè)統(tǒng)一的用戶界面，避免了在不同的工具間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等繁瑣的操作。目前，Synopsys和Cadence兩大EDA工具供應(yīng)商分別推出了集成眾多工具在內(nèi)的一體化設(shè)計(jì)工具，同時(shí)，也在分別推出各自的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，以進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。

Galaxy平臺(tái)是Synopsys近期推出的先進(jìn)IC設(shè)計(jì)平臺(tái)，整合了Synopsys公司的許多工具，覆蓋了從設(shè)計(jì)編譯、布局編譯、物理編譯、DFT編譯以及硅片制造的全部流程，同時(shí)還在內(nèi)部集成了向第三方開(kāi)放的Milkyway數(shù)據(jù)庫(kù)，將不同設(shè)計(jì)階段中的數(shù)據(jù)、時(shí)序、計(jì)算以及種種約束條件協(xié)調(diào)起來(lái)。Galaxy平臺(tái)可以直接面向90MM以及以下的設(shè)計(jì)，新的模擬和混合信號(hào)設(shè)計(jì)工具并將其集成到Galaxy平臺(tái)中Synopsys已在提供模擬和混合信號(hào)的仿真和驗(yàn)證產(chǎn)品，目前正著重在模擬電路的實(shí)現(xiàn)上，并已有利用CAD工具進(jìn)行模擬電路設(shè)計(jì)的能力。

IP的合理應(yīng)用是加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的一個(gè)有效途徑。按照美國(guó)EDA聯(lián)盟2003年一季度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，IP產(chǎn)品的銷售額是全球EAD工業(yè)中增加最快的一個(gè)領(lǐng)域，較2002年同期增加36%。應(yīng)用是IP設(shè)計(jì)業(yè)中絕對(duì)的發(fā)展趨勢(shì)，全球三大IP供應(yīng)商是ARM，Rambus和Synopsys三家公司，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了應(yīng)用面廣的PCI、USB等標(biāo)準(zhǔn)IP庫(kù)。

（3）System Verilog將成為下一代的描述語(yǔ)言描述語(yǔ)言一直是EDA業(yè)中重要的一環(huán)VHDL和Verilog目前是中國(guó)的主流設(shè)計(jì)語(yǔ)言。然而，隨著IC復(fù)雜度的不斷提高，

從更高層次入手對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述是描述語(yǔ)言未來(lái)的發(fā)展方向?！癝ystem Verilog將最終取代VHDL?！边@是Synopsys公司主席兼CEO Aart de Geus博士對(duì)描述語(yǔ)言發(fā)展方向上的預(yù)測(cè)，在進(jìn)一步解釋這一預(yù)測(cè)時(shí)，指出多年來(lái)IC設(shè)計(jì)中更關(guān)注的是仿真，而目前驗(yàn)證在IC的整個(gè)設(shè)計(jì)周期中已經(jīng)占據(jù)了605甚至更多的時(shí)間，而System Verilog可以有效地支持上述兩者的需求，同時(shí)System Verilog是與Verilog完全兼容的?！癡HDL還會(huì)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在，但System Verilog將取代它，并為SystemC的發(fā)展鋪平的發(fā)展鋪平道路?！眃e Geus表示目前全球Verilog的增長(zhǎng)率較VHDL要快，以前是各占半壁江山，而現(xiàn)在Verilog約占六成。

按照Synopsys中國(guó)區(qū)總經(jīng)理潘建岳的分析，目前中國(guó)Verilog的用戶占2/3而VHDL用戶約占1/3。System Verilog是Verilog在增加了聲明之后發(fā)展而來(lái)的。de Geus博士分別于1992年、1995年1997年、2000年等時(shí)段提出了關(guān)注設(shè)計(jì)復(fù)用、時(shí)序收斂、信號(hào)完整性和可制造性設(shè)計(jì)的前瞻性預(yù)言，呼吁業(yè)界重視這些問(wèn)題，這些預(yù)測(cè)都相繼在幾年后得到了印證，相信他這次提出的System Verilog推論也會(huì)在未來(lái)幾年內(nèi)得到證實(shí)。

（4）ESL將撐起EDA產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇大旗電子系統(tǒng)級(jí)（ESL）設(shè)計(jì)工具有望回報(bào)給EDA產(chǎn)業(yè)兩位數(shù)的增長(zhǎng)，但仍然還存在重大的挑戰(zhàn)。市場(chǎng)研究公司Gartner Dataquest的兩位分析師Gary smith和Daya Nadamuni日前在美國(guó)加州舉行的設(shè)計(jì)自動(dòng)化研討會(huì)上如是表示。smith稱，兩人相當(dāng)于“一個(gè)扮紅臉，一個(gè)扮白臉”，而他就是那個(gè)扮白臉的人，他要做的就是對(duì)EDA產(chǎn)業(yè)進(jìn)行“事實(shí)審視”。smith聲稱，EDA商業(yè)模式一直是外包模式，“客戶其實(shí)并不在乎你（EDA供應(yīng)商）為設(shè)計(jì)流程帶來(lái)多大的價(jià)值?！?/p>

此外，他還表示，當(dāng)今EDA工具的價(jià)值由于“不可思議的愚蠢價(jià)格戰(zhàn)”被低估。他指出2001年購(gòu)買(mǎi)半數(shù)EDA工具的主流EDA用戶正放棄IC物理設(shè)計(jì)，留給ASIC供應(yīng)商或顧問(wèn)公司。這些設(shè)計(jì)師更愿意在電子系統(tǒng)級(jí)（ESL）展開(kāi)工作，并在寄存器傳輸級(jí)（RTL）行設(shè)計(jì)。Nadamuni認(rèn)為，軟件挑戰(zhàn)是ESL身后的關(guān)鍵推動(dòng)力。多處理器系統(tǒng)級(jí)芯片必須并行編程，ESL的目標(biāo)是單一高級(jí)別模型的協(xié)同軟硬件設(shè)計(jì)。Nadamuni預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年全球ESL工具營(yíng)收將顯著增長(zhǎng)，將從如今的2億美元增加至2009年時(shí)的16億美元。三種主要的ESL方法學(xué)，分別圍繞算法、處理器與存儲(chǔ)器制邏輯，它們均包含行為級(jí)與架構(gòu)級(jí)設(shè)計(jì)。分別面向不同的工具供應(yīng)商。

（5）Linux提速進(jìn)入EDA領(lǐng)域

隨著EDA技術(shù)在全球范圍內(nèi)的飛速發(fā)展，業(yè)界都在翹首以待基于linux環(huán)境的EDA技術(shù)成為電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主流。2004年3月9日，惠普中國(guó)有限公司主辦的主題為“l(fā)inux環(huán)境與EDA技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)”2004HP亞太地區(qū)巡回展在北京舉行，在會(huì)議中，HP負(fù)責(zé)EDA技術(shù)的相關(guān)人員介紹了當(dāng)今最新的EDA技術(shù)發(fā)展情況，同時(shí)，與HP在此領(lǐng)域一直以來(lái)密切合作的軟件廠商如Synopsys、Cadeence以及Mentor Gerphics等公司也展示了各自的解決方案?！癓inux操作系統(tǒng)不僅僅在EDA領(lǐng)域發(fā)展迅速，其在全球其他行業(yè)的應(yīng)用也將是前景光明?！盚P全球EDA部經(jīng)理Norm Rrini給予了Linux很高的評(píng)價(jià)。Norm Rrini在會(huì)上指出Linux之所以將大有可為的原因：首先，由于Linux費(fèi)用很低，源代碼開(kāi)放，這使得EDA軟件的前期開(kāi)發(fā)費(fèi)用很低，而且運(yùn)行維護(hù)的成本也很低，同時(shí)大大方便了工程師的設(shè)計(jì)工作。而Linux工作站的費(fèi)用也要比Unix工作站便宜很多。此外Linux的成本大約是Unix的1/5--1/10但是效能并不比Unix差，甚至運(yùn)行速度要更快一些?，F(xiàn)在業(yè)界普遍的看法就是預(yù)計(jì)在未來(lái)的5年內(nèi)Linux成為EDA的主角?？梢灶A(yù)見(jiàn)Linux的普及只是時(shí)間問(wèn)題。

3 我國(guó)EDA技術(shù)的出路

（1）中國(guó)IC設(shè)計(jì)公司任重道遠(yuǎn)近年來(lái)我國(guó)的半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展突飛猛進(jìn)“政府積極扶植EDA產(chǎn)業(yè)，加大招商引資力度，大力建設(shè)EDA制造業(yè)基地，國(guó)務(wù)院頒布的軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策從政策上為EDA的發(fā)展?fàn)I造了良好的外部環(huán)境，同時(shí)世界領(lǐng)先的一些供應(yīng)商也看好中國(guó)市場(chǎng)的潛在優(yōu)勢(shì)，向中國(guó)出口先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具，但具備了工具只是解決了設(shè)計(jì)手段，而中國(guó)的設(shè)計(jì)師在EDA的總體應(yīng)用能力方面與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定的差距，突出表現(xiàn)為專業(yè)人才緊缺，缺乏成熟化的整合性集成設(shè)計(jì)環(huán)境，供應(yīng)商技術(shù)服務(wù)支持不夠，中國(guó)EDA技術(shù)的現(xiàn)在和未來(lái)都應(yīng)重視設(shè)計(jì)方法、工具和設(shè)計(jì)語(yǔ)言等方面的問(wèn)題，從整體上看，中國(guó)市場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)工具的需求已越來(lái)越與國(guó)際接軌，但是盡管中國(guó)EDA設(shè)計(jì)領(lǐng)域中前端的設(shè)計(jì)相對(duì)成熟，但后端例如從網(wǎng)表到C++等的設(shè)計(jì)卻面臨著更大的挑戰(zhàn)。無(wú)論是EDA的使用還是EDA工具本身，我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家相比都有很大差距。EDA標(biāo)準(zhǔn)化工作在我國(guó)剛剛起步，我國(guó)有龐大的市場(chǎng)需求和快的增長(zhǎng)速度，同時(shí)還有后發(fā)優(yōu)勢(shì)，這是我國(guó)EDA發(fā)展的楔機(jī)。在EDA標(biāo)準(zhǔn)化方面，目前主要應(yīng)采用國(guó)際和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，一方面引進(jìn)和轉(zhuǎn)化適用的標(biāo)準(zhǔn)，更重要的是加強(qiáng)轉(zhuǎn)化后標(biāo)準(zhǔn)的宣傳和推廣，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化工作促進(jìn)我國(guó)EDA及集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（2）我國(guó)如何應(yīng)對(duì)EDA技術(shù)的挑戰(zhàn)

a.充分發(fā)揮EDA仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，培養(yǎng)更多適應(yīng)新技術(shù)要求的人才。

人才需求的變化。技術(shù)的發(fā)展之快更是需要教育工作者有著人才培養(yǎng)的超前意識(shí)。這一意識(shí)必須是科學(xué)的、嶄新的、快速的、甚至是跳躍的。特別是人才的培養(yǎng)需要有掌握新技術(shù)的專業(yè)教師，還要有新技術(shù)的設(shè)備才能滿足人才培養(yǎng)的要求。新技術(shù)、新設(shè)備的大量投入可能會(huì)影響到進(jìn)入人才市場(chǎng)最前沿的機(jī)遇。這就需要我們思維創(chuàng)新，教學(xué)手段創(chuàng)新。作者認(rèn)為學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)就應(yīng)該以EDA仿真技術(shù)為突破口，引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，從而加快高素質(zhì)人才培養(yǎng)的速度，建立雄厚的EDA技術(shù)人才基礎(chǔ)。

b.以半導(dǎo)體的研究創(chuàng)新促進(jìn)EDA技術(shù)發(fā)展

半導(dǎo)體工藝技術(shù)在過(guò)去5年中正以飛快的速度發(fā)展。硅的生產(chǎn)率每18個(gè)就會(huì)增加，而設(shè)計(jì)生產(chǎn)率仍舊嚴(yán)重滯后。自從半導(dǎo)體行業(yè)步入0.13μm時(shí)代以來(lái)，集成電路設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)已被多次提及，范圍包括了數(shù)字和模擬電路領(lǐng)域。相關(guān)的內(nèi)容包括K功率管理，功能驗(yàn)證，漏電流，對(duì)于超過(guò)1.5億個(gè)晶體管的復(fù)雜設(shè)計(jì)管理，還有0.13μm以下的混合信號(hào)和數(shù)字設(shè)計(jì)等等。過(guò)去那些令人生畏的巨大挑戰(zhàn)總會(huì)被解決。所以說(shuō)沒(méi)有人會(huì)懷疑半導(dǎo)體技術(shù)會(huì)適時(shí)而及時(shí)地找出解決所面臨的挑戰(zhàn)方案，來(lái)?yè)魯TRS的預(yù)言。但是，為了在設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)技術(shù)有效上取得長(zhǎng)足進(jìn)步和避免成本重復(fù)，EDA產(chǎn)業(yè)應(yīng)該支持相應(yīng)的一整套標(biāo)準(zhǔn)，如設(shè)計(jì)工具的全球戰(zhàn)略、可制造性設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)方法、低功率設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級(jí)確認(rèn)等。

c.開(kāi)發(fā)實(shí)用性更強(qiáng)的EDA軟件

在EDA軟件開(kāi)發(fā)方面，目前主要集中在美國(guó)。但各國(guó)也正在努力開(kāi)發(fā)相應(yīng)的工具。日本、韓國(guó)都有ASIC計(jì)工具，但不對(duì)外開(kāi)放。中國(guó)華大集成電路設(shè)計(jì)中心，也提供IC設(shè)計(jì)軟件，但性能不是很強(qiáng)。相信在不久的將來(lái)會(huì)有更多更好的功能強(qiáng)大、界面友好、使用方便的設(shè)計(jì)工具在各地開(kāi)花并結(jié)果。

d.外設(shè)技術(shù)與EDA工程相結(jié)合

外設(shè)技術(shù)與EDA工程相結(jié)合的市場(chǎng)前景看好，如組合超大屏幕的相關(guān)連接，多屏幕技術(shù)也有所發(fā)展。中國(guó)自1995年以來(lái)加速開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，先后建立了幾所設(shè)計(jì)中心，推動(dòng)系列設(shè)計(jì)活動(dòng)以應(yīng)對(duì)亞太地區(qū)其它EDA市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。在信息通信領(lǐng)域，要優(yōu)先發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)、深亞微米集成電路、新型元器件、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、第三代移動(dòng)通信技術(shù)、信息管理、信息安全技術(shù)，積極開(kāi)拓以數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代信息產(chǎn)品，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。要大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，積極開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助工程，算機(jī)輔助工藝，計(jì)算機(jī)輔助制造，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，制造資源計(jì)劃，及企業(yè)資源管理，等。有條件的企業(yè)可開(kāi)展“網(wǎng)絡(luò)制造”，便于合作設(shè)計(jì)、合作制造，參與國(guó)內(nèi)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。開(kāi)展“數(shù)控”工程和“數(shù)字化”工程。自動(dòng)化儀表的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的測(cè)試技術(shù)、控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)一步融合，形成測(cè)量、控制、通信與計(jì)算機(jī)（M3C）結(jié)構(gòu)。在ASIC和PLD設(shè)計(jì)方面，向超高速、高密度、低功耗、低電壓方面發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來(lái)描述。EDA技術(shù)的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在已涉及到各行各業(yè)，EDA水平也在不斷提高，設(shè)計(jì)工具趨于完美的地步，EDA市場(chǎng)日趨成熟，但我國(guó)的研發(fā)水平仍很有限，尚需迎頭趕上。
? ? ? ?責(zé)任編輯：tzh