歐洲:下一代“智能系統(tǒng)”的領導者

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　　近日，歐洲新研究項目的合作伙伴發(fā)布了多國/多學科智能系統(tǒng)聯(lián)合設計(SMAC)項目的內(nèi)容細節(jié)。這項重要的三年期合作項目旨在為智能系統(tǒng)設計創(chuàng)造先進的設計整合環(huán)境(SMAC 平臺)，歐盟FP7(FP7-ICT-2011-7)項目為智能系統(tǒng)項目提供部分資金支持。智能系統(tǒng)是指在一個微型封裝內(nèi)整合多種功能的微型智能設備，這些功能包括傳感器、執(zhí)行器、運算功能、無線網(wǎng)絡連接和能量收集功能。在節(jié)能、醫(yī)療、汽車、工廠自動化以及消費電子等應用領域，智能系統(tǒng)將是下一代產(chǎn)品設備的重要組件。SMAC項目的目標是通過降低智能系統(tǒng)的設計成本，縮短產(chǎn)品上市時間，幫助歐洲企業(yè)在應用市場競爭中搶占先機。

　　智能系統(tǒng)研發(fā)瓶頸不是技術，而是設計方法。先進的封裝技術，如系統(tǒng)級封裝(SiP)和芯片堆疊(3D IC)通孔技術，實現(xiàn)在一個封裝內(nèi)高密度整合所需的全部功能，以滿足市場對成本、尺寸、性能和可靠性的日益嚴格的技術要求。盡管如此，設計方法仍無法與技術發(fā)展同步。

　　SMAC項目聯(lián)席協(xié)調(diào)員、意法半導體工業(yè)與多重市場CAD研發(fā)總監(jiān)Salvatore Rinaudo表示：“阻礙智能系統(tǒng)應用快速增長的原因不是技術，而是缺少精心組織的明確描述最終整合系統(tǒng)的設計方法。理想的情況是將全部整合器件設計成一個單一系統(tǒng)，但目前缺少統(tǒng)一的設計工具和方法。SMAC項目組準備研發(fā)一個以整合為導向的整體設計平臺，以此幫助歐洲企業(yè)降低制造成本，縮短產(chǎn)品上市時間，最大限度地降低在最終整合過程中遭遇的風險，從而在挖掘智能系統(tǒng)的潛能中搶占先機?！?/p>

　　目前在智能系統(tǒng)設計中，不同的系統(tǒng)組件采用不同的設計工具。以MEMS傳感器、模擬和射頻器件、數(shù)字芯片為例，建模、仿真和設計等過程使用完全不同的工具，而這些工具沒有一個考慮到最終的系統(tǒng)整合。

　　為確保SMAC平臺能夠用于實際的工業(yè)級強度的設計流程和環(huán)境，平臺研發(fā)將由學術界和工業(yè)領域的合作伙伴共同完成，其中包括多家電子設計自動化(EDA)廠商和半導體廠商。這項研發(fā)成果將讓工業(yè)合作伙伴及其客戶提高其在智能系統(tǒng)產(chǎn)品及應用市場的競爭力。

　　預計該項目結(jié)束后將會取得以下科技成果：

　　1.新的建模仿真功能：支持精確的多物理場、多層、多尺度以及多域聯(lián)合仿真。

　　2.以整合為導向的創(chuàng)新型設計方法，用于設計不同技術領域和擁有不同功能的智能系統(tǒng)組件和子系統(tǒng)。

　　3.強化現(xiàn)有建模和仿真工具的性能，將其整合到一個完整的設計流程內(nèi)(即SMAC平臺)，實現(xiàn)以整合為導向的智能系統(tǒng)聯(lián)合設計概念。

　　4.通過實現(xiàn)含有尖端技術的測試示例，證明某些新設計解決方案的效果。

　　5.通過對比最先進的參考方法，證明在SMAC平臺內(nèi)整合全新與現(xiàn)有EDA設計工具的精確性和簡便性。

　　6.在一個工業(yè)級強度設計示例中證明SMAC平臺的適用性。

　　項目合作方：

　　項目協(xié)調(diào)方：意法半導體STMicroelectronics s.r.l. (意大利);

　　Philips Medical Systems Nederland BV(荷蘭);

　　ON Semiconductor Belgium BVBA (比利時);

　　Agilent Technologies Belgium NV (比利時);

　　Coventor Sarl (法國);

　　MunEDA GmbH (德國);

　　EDALab s.r.l. (意大利);

　　Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (意大利);

　　Tyndall National Institute, University College Cork (愛爾蘭);

　　Instytut Technologii Elektronowej (波蘭);

　　Politecnico di Torino (意大利);

　　Università degli Studi di Catania (意大利);

　　University of Nottingham (英國);

　　Katholieke Universiteit Leuven (比利時);

　　Technische Universiteit Eindhoven (荷蘭);

　　Slovak University of Technology Bratislava(斯洛伐克);

　　ST-POLITO s.c.a.r.l. (意大利)。

　　SMAC項目運轉(zhuǎn)需要超過1300人/月和約1300萬歐元資金，其中約500萬歐元將由工業(yè)合作伙伴提供。

　　技術說明:

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　　如上圖所示，智能系統(tǒng)實現(xiàn)了非常復雜的功能，整體系統(tǒng)通常由非異類器件組成，包括數(shù)字器件、模擬器件、射頻芯片、MEMS及其它類型傳感器、電源和無線通信器件。目前還沒有設計方法和工具能夠同步且無縫地解決智能微電子系統(tǒng)設計工程師在設計新產(chǎn)品時面臨的全部挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括緊密封裝器件的預定電勢或寄生耦合(例如，熱或電磁)。

　　當前有關智能系統(tǒng)的建模、仿真、設計和整合的基本情況如下:

　　非電氣組件(微加工結(jié)構、電磁場、熱現(xiàn)象、波傳遞等組件)采用偏微分方程(PDE)求解器設計，如有限元方法(FEM)或基于原理圖的行為庫。

　　模擬器件和射頻器件是由高專業(yè)性工程師在重新使用現(xiàn)有宏的基礎上按照一個模板化方法設計。

　　數(shù)字部分是采用自動合成工具(從高層合成到物理合成)按照自上至下的模式設計。

　　系統(tǒng)設計支持工具包括框圖仿真(如MATLAB-SIMULINK, SystemVue)，這些工具讓設計人員可以全面查看整個系統(tǒng)，但需要使用簡單的子系統(tǒng)和器件模型。

　　微控制器和數(shù)字信號器內(nèi)的軟件代碼量正在大幅增加。