AI賦能PCB設(shè)計(jì)：Allegro X AI的變革力量

傳統(tǒng) PCB 設(shè)計(jì)的困境

在電子產(chǎn)品迭代迅速的當(dāng)下，傳統(tǒng) PCB 設(shè)計(jì)流程的局限性愈發(fā)凸顯。布局布線作為 PCB 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以往依賴人工手動(dòng)操作，這一過程極為繁瑣且耗時(shí)。工程師需逐一確定每個(gè)電子元件的擺放位置，如同在復(fù)雜的拼圖中尋找每一塊的最佳歸宿，考慮元件之間的電氣連接、散熱需求、空間布局等多方面因素 。完成一個(gè)中等規(guī)模的 PCB 布局，往往需要花費(fèi)數(shù)天時(shí)間，若遇到復(fù)雜的多層板設(shè)計(jì)，耗時(shí)更久。

布線工作同樣艱巨，工程師要按照設(shè)計(jì)要求，在有限的空間內(nèi)規(guī)劃線路走向，避免線路交叉、短路等問題，確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。手動(dòng)布線不僅效率低下，而且容易受到人為因素的影響，出現(xiàn)疏漏或錯(cuò)誤。一旦發(fā)現(xiàn)問題，修改起來也十分麻煩，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力進(jìn)行排查與修正。

這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的上市速度。在市場(chǎng)競(jìng)爭激烈的今天，時(shí)間就是競(jìng)爭力，產(chǎn)品晚一天上市，就可能錯(cuò)失市場(chǎng)先機(jī)，面臨被競(jìng)爭對(duì)手搶占份額的風(fēng)險(xiǎn)。此外，長時(shí)間的設(shè)計(jì)周期也增加了研發(fā)成本，包括人力成本、時(shí)間成本以及可能因延遲上市而導(dǎo)致的市場(chǎng)機(jī)會(huì)成本等。

Allegro X AI 橫空出世

（一）Cadence 的創(chuàng)新之舉

為了打破傳統(tǒng) PCB 設(shè)計(jì)的困局，楷登電子（美國 Cadence 公司，NASDAQ：CDNS）在 2023 年 4 月 7 日宣布推出了 Cadence? Allegro? X AI technology。這是 Cadence 新一代系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，依托強(qiáng)大的 Allegro X Design Platform 平臺(tái)，為 PCB 設(shè)計(jì)帶來了前所未有的變革 ，在性能和自動(dòng)化方面實(shí)現(xiàn)了革命性的提升。

（二）核心技術(shù)亮點(diǎn)

Allegro X AI 技術(shù)的核心在于利用云端的擴(kuò)展性來實(shí)現(xiàn)物理設(shè)計(jì)自動(dòng)化。它如同一位不知疲倦且智慧超群的工程師，能夠自動(dòng)執(zhí)行器件擺放、金屬鍍覆以及關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)布線等關(guān)鍵任務(wù) 。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工程師需要花費(fèi)大量時(shí)間精力去確定器件位置，規(guī)劃布線，而 Allegro X AI 技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)完成這些工作，大大提高了設(shè)計(jì)效率。

同時(shí)，它還集成了快速信號(hào)完整性和電源完整性分析功能。在電子產(chǎn)品中，信號(hào)完整性和電源完整性對(duì)產(chǎn)品性能起著關(guān)鍵作用。信號(hào)完整性不佳可能導(dǎo)致信號(hào)失真、延遲甚至丟失，影響產(chǎn)品的正常通信；電源完整性問題則可能引發(fā)電壓波動(dòng)、噪聲增加等，影響芯片及其他電子元件的穩(wěn)定運(yùn)行。Allegro X AI 技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)分析這些關(guān)鍵因素，確保設(shè)計(jì)在電氣方面準(zhǔn)確無誤，滿足產(chǎn)品的高性能需求 ，為后續(xù)的制造環(huán)節(jié)提供堅(jiān)實(shí)保障。

顯著優(yōu)勢(shì)剖析

（一）生產(chǎn)力飛躍

Allegro X AI 的自動(dòng)化布局功能堪稱 PCB 設(shè)計(jì)領(lǐng)域的效率利器。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，布局布線環(huán)節(jié)猶如一場(chǎng)耗時(shí)費(fèi)力的馬拉松，工程師需要憑借經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)嘗試來確定元件位置和布線方案 。而 Allegro X AI 憑借其可擴(kuò)展架構(gòu)，充分利用云端強(qiáng)大的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了布局布線的自動(dòng)化。它能夠快速分析大量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和約束條件，在短時(shí)間內(nèi)生成高質(zhì)量的布局布線方案。以往需要數(shù)天才能完成的布局布線任務(wù)，如今借助 Allegro X AI 技術(shù)，僅需幾分鐘就能搞定，設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)時(shí)間大幅縮短，讓產(chǎn)品能夠更快地推向市場(chǎng)，搶占先機(jī)。

（二）質(zhì)量優(yōu)化

在設(shè)計(jì)的早期階段，利用生成式 AI 自動(dòng)布局功能，Allegro X AI 能夠進(jìn)行全面且深入的可行性分析。與傳統(tǒng)手動(dòng)方法相比，它不再局限于有限的幾種布局思路，而是能夠探索更多的解決方案可能性。比如在設(shè)計(jì)一款智能手機(jī)的 PCB 時(shí)，傳統(tǒng)手動(dòng)設(shè)計(jì)可能只能考慮到幾種常規(guī)的元件布局方式，而 Allegro X AI 可以在短時(shí)間內(nèi)生成數(shù)十種甚至上百種布局方案，并從中篩選出最優(yōu)解。通過對(duì)這些方案的評(píng)估和優(yōu)化，能夠進(jìn)一步優(yōu)化各類指標(biāo)，如在縮短線長的同時(shí)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)約束條件。較短的線長不僅可以減少信號(hào)傳輸過程中的損耗和干擾，還能提高信號(hào)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性，從而提升整個(gè)產(chǎn)品的性能。

（三）高效設(shè)計(jì)收斂

Allegro X 平臺(tái)與系統(tǒng)分析技術(shù)緊密集成，為工程師優(yōu)化設(shè)計(jì)的電氣和熱性能提供了有力支持。在電子產(chǎn)品運(yùn)行過程中，電氣性能和熱性能是影響產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性的重要因素。如果電氣性能不佳，可能導(dǎo)致信號(hào)失真、噪聲增加等問題，影響產(chǎn)品的正常運(yùn)行；而熱性能不好，會(huì)使電子元件溫度過高，縮短元件壽命，甚至引發(fā)故障。Allegro X AI 技術(shù)集成了快速信號(hào)完整性和電源完整性分析功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和分析設(shè)計(jì)中的電氣性能指標(biāo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在的電氣問題。同時(shí)，它還能對(duì)熱性能進(jìn)行模擬和分析，通過優(yōu)化元件布局和散熱設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品在各種工作條件下都能保持良好的熱穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高效的設(shè)計(jì)收斂 。

實(shí)際應(yīng)用成效

（一）Velux 案例

國際知名建筑產(chǎn)品制造商 Velux，在 PCB 設(shè)計(jì)領(lǐng)域一直積極探索創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)他們引入 Allegro X AI 技術(shù)后，其 PCB 設(shè)計(jì)部的工作發(fā)生了翻天覆地的變化。以往，完成一個(gè)中等復(fù)雜度的 PCB 布局，工程師們需要花費(fèi)數(shù)天的時(shí)間，反復(fù)權(quán)衡各種因素，手動(dòng)調(diào)整元件位置，過程繁瑣且容易出錯(cuò)。而現(xiàn)在，借助 Allegro X AI 技術(shù)，布局用時(shí)從幾天大幅縮短至幾分鐘。不僅如此，AI 技術(shù)還充分考慮了信號(hào)完整性和電源完整性的影響，為設(shè)計(jì)提供了全新的布局方案 。這一轉(zhuǎn)變不僅極大地提高了設(shè)計(jì)效率，還讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠更快速地響應(yīng)市場(chǎng)需求，推出更具競(jìng)爭力的產(chǎn)品。正如 Velux 的 PCB 設(shè)計(jì)部的 Allan N?rgaard CID 所說：“Allegro X AI 技術(shù)將布局用時(shí)從幾天縮短至幾分鐘，同時(shí)兼顧信號(hào)完整性和電源完整性的影響。搭載的 AI 技術(shù)還能提供新的布局方案。該技術(shù)極大地縮短了設(shè)計(jì)用時(shí)，將從根本上改變我們進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)的方式?！?/p>

（二）施耐德電氣案例

作為全球能源管理和自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，施耐德電氣深知產(chǎn)品開發(fā)周期和質(zhì)量對(duì)于業(yè)務(wù)成功的關(guān)鍵意義。在采用 Cadence 的 Allegro X AI 技術(shù)后，他們成功顯著縮短了開發(fā)周期。硬件設(shè)計(jì)師們可以借助該技術(shù)，輕松對(duì)設(shè)計(jì)的密度和復(fù)雜性進(jìn)行全面評(píng)估，及時(shí)調(diào)整電氣設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)一款新型智能配電設(shè)備的 PCB 時(shí)，工程師利用 Allegro X AI 技術(shù)，快速生成多種布局方案，并通過實(shí)時(shí)分析信號(hào)完整性和電源完整性，選擇出最優(yōu)方案。這不僅確保了設(shè)計(jì)能夠快速高效地完成，還提高了產(chǎn)品的整體性能和穩(wěn)定性 ，增強(qiáng)了產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭力。施耐德 PLM 流程與管理副總裁 Jean-Christophe Dejean 表示：“在施耐德電氣，周轉(zhuǎn)時(shí)間和最終產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)業(yè)務(wù)成功至關(guān)重要。借助 Cadence 的 Allegro X AI 技術(shù)，我們可以顯著縮短開發(fā)周期。硬件設(shè)計(jì)師可以對(duì)密度和復(fù)雜性進(jìn)行評(píng)估，并調(diào)整電氣設(shè)計(jì)，確?？焖俑咝У赝瓿稍O(shè)計(jì)，并提高生產(chǎn)力?！?/p>

（三）Kioxia 案例

Kioxia 作為全球知名的存儲(chǔ)解決方案提供商，對(duì)設(shè)計(jì)師的工作效率有著極高的要求。他們的團(tuán)隊(duì)與 Cadence 緊密合作，充分利用 Allegro X AI 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 IC 封裝和 PCB 參考設(shè)計(jì)的自動(dòng)布局布線。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，完成 IC 封裝和 PCB 參考設(shè)計(jì)的布局布線需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力，而現(xiàn)在，借助 Allegro X AI 技術(shù)，這一過程的時(shí)間大幅縮短。這使得 Kioxia 能夠更快地將新產(chǎn)品推向市場(chǎng)，滿足客戶對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)品不斷增長的需求 ，提升了企業(yè)在市場(chǎng)中的響應(yīng)速度和競(jìng)爭力。Kioxia Corporation 封裝和測(cè)試技術(shù)部技術(shù)主管 Chiaki Takubo 表示：“設(shè)計(jì)師的工作效率對(duì)于 Kioxia 的業(yè)務(wù)成功至關(guān)重要。我們的團(tuán)隊(duì)正在與 Cadence 密切合作，利用 Allegro X AI 技術(shù)實(shí)現(xiàn) IC 封裝和 PCB 參考設(shè)計(jì)的自動(dòng)布局布線，大幅度縮短了設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)時(shí)間。”

行業(yè)影響與展望

（一）對(duì) PCB 設(shè)計(jì)行業(yè)的變革

Allegro X AI 技術(shù)的出現(xiàn)，無疑在 PCB 設(shè)計(jì)行業(yè)中掀起了一場(chǎng)變革風(fēng)暴。它打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的桎梏，將布局布線等關(guān)鍵任務(wù)從繁瑣的手動(dòng)操作轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У淖詣?dòng)化流程，極大地提升了設(shè)計(jì)效率。這使得設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠在更短的時(shí)間內(nèi)完成更多的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，滿足市場(chǎng)對(duì)電子產(chǎn)品快速更新?lián)Q代的需求。同時(shí)，其優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量的能力，也促使整個(gè)行業(yè)對(duì)產(chǎn)品性能有了更高的追求標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了行業(yè)向更高質(zhì)量的方向發(fā)展。

從行業(yè)競(jìng)爭格局來看，采用 Allegro X AI 技術(shù)的企業(yè)，在產(chǎn)品研發(fā)速度和質(zhì)量上都具備了明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠在市場(chǎng)競(jìng)爭中搶占先機(jī)。這也促使其他企業(yè)不得不加快技術(shù)升級(jí)的步伐，引入類似的先進(jìn)技術(shù)，以保持競(jìng)爭力。這種技術(shù)的普及和應(yīng)用，將推動(dòng)整個(gè) PCB 設(shè)計(jì)行業(yè)的技術(shù)水平提升，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和優(yōu)化。

（二）對(duì)未來電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的展望

展望未來，隨著 Allegro X AI 等人工智能技術(shù)在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不斷深入應(yīng)用，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)將迎來更多的創(chuàng)新和突破。在設(shè)計(jì)理念上，工程師將從繁瑣的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中解放出來，有更多的時(shí)間和精力投入到系統(tǒng)架構(gòu)創(chuàng)新、功能優(yōu)化等更高層次的設(shè)計(jì)思考中 。例如，在設(shè)計(jì)一款智能穿戴設(shè)備時(shí)，工程師可以借助 Allegro X AI 快速完成 PCB 的布局布線，然后將更多精力放在如何優(yōu)化設(shè)備的用戶體驗(yàn)、增加新功能等方面，推動(dòng)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)向更具創(chuàng)新性和智能化的方向發(fā)展。

在多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計(jì)方面，AI 技術(shù)也將發(fā)揮重要作用。未來的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)將不再局限于單一的 PCB 設(shè)計(jì)，而是涉及芯片、電路板、系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域的協(xié)同。Allegro X AI 技術(shù)能夠與其他設(shè)計(jì)工具和技術(shù)進(jìn)行深度集成，實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的共享和協(xié)同分析，幫助工程師更好地解決跨領(lǐng)域設(shè)計(jì)中的復(fù)雜問題 。比如，在設(shè)計(jì)一款高性能計(jì)算機(jī)時(shí)，通過 AI 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)與 PCB 設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化，確保芯片與電路板之間的信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定高效，提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

此外，隨著 AI 技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，未來的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)更加高度的自動(dòng)化和智能化。從最初的設(shè)計(jì)需求分析，到最終的設(shè)計(jì)方案生成，AI 系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的需求和大量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成多種可行的設(shè)計(jì)方案，并通過實(shí)時(shí)分析和評(píng)估，為用戶提供最優(yōu)選擇 。這將進(jìn)一步縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來全新的發(fā)展機(jī)遇。

審核編輯 黃宇