模擬EDA自動化工具如今已經(jīng)登場

從歷史上來看，模擬設計師幾乎就像射頻（RF）設計師一樣顯得神秘和守舊。根據(jù)參與2015年國際實體設計大會（ISPD）的主講人表示，模擬設計師在多年來取得手動調(diào)整參數(shù)的豐富經(jīng)驗后，已經(jīng)熟悉如何為現(xiàn)有各種不同類型的模擬電路增加‘秘密配方’，因此，他們通常不情愿采用自動化途徑。

雖然如此，與數(shù)字設計自動化工具較勁的模擬設計自動化工具如今已經(jīng)登場了。德國羅伊特林根大學（Reutlingen University）博世研究中心電子設計自動化（EDA）部門教授Jurgen Scheible表示，一種方法是利用傳統(tǒng)由下而上的技術（標準單元）結合由上而下的自動最佳化技術設計流程。Scheible還透露，博世已在模擬設計工具自動化方面投入了大量資金，并將自動化技術已經(jīng)移交給Cadence設計系統(tǒng)公司。

“模擬電路的設計自動化進展并不像數(shù)字電路自動化那樣明顯，”Scheible表示，“設計和產(chǎn)生模擬布局的額外工作和成本正成為IC設計中的嚴重瓶頸?！?/p>

原因在于太多的電路類型都具有必須最佳化的許多參數(shù)，甚至比一般的數(shù)字電路更多。根據(jù)Scheible表示，近來年在特定類型的電路上已有進展，但在模擬電路設計趕上數(shù)字EDA之前，還需要進行大量工作。在這次ISPD上，Scheible介紹了他開發(fā)的兩種技術──‘連續(xù)設計流程’和‘由下而上結合由上而下’的設計流程；相關技術已經(jīng)移交給Cadence了。

目前典型的模擬電路設計流程是可反復的，即布局、布線和元件生成后可不斷地重復這些步驟，直到滿足所有的電路規(guī)格要求。但Scheible建議采用連續(xù)的設計流程，首先以符號規(guī)劃初步的布局，接著調(diào)整實際的實體參數(shù)著手更細部的作業(yè)，直到產(chǎn)生具體的實體設計。

另一種方法是同時使用由下而上和由上而下的技術，直到兩種技術在中間相遇——對于現(xiàn)代模擬設計來說，這是一種更優(yōu)質(zhì)的設計流程。不過，Scheible認 為它面臨一個兩難困境：以速度衡量的由上而下最佳化算法的效率通常與電路的準確度成反比。為了解決這個問題，模擬設計師應該從參數(shù)化的單元 （PCell）開始，因為其優(yōu)點已在先前的設計中得到驗證了。透過協(xié)調(diào)實體布局設計師采用由下而上的途徑（從PCell開始）和電路設計師由上而下調(diào)整 PCell參數(shù)的計劃，可以使二者更精確地在中間相遇，從而實現(xiàn)滿足電路規(guī)范要求的最優(yōu)設計。

模擬設計師精神

伊利諾大學教授Rob Rutenbar認為，模擬設計師并不情愿采用這些自動化方法，包括從最早的模擬設計工具開始，并且在Scheible先前所述的技術時達到頂峰。剛開始時只有‘以IC為重點的開源模擬程式’（Spice）。

“實現(xiàn)模擬的Spice回圈可能需要花費數(shù)周的時間，使用分析建模工具提高精確度還要花上數(shù)月。”Rutenbar表示，“在那之后，數(shù)字自動化工具已經(jīng)解決了這些問題，但為什么模擬部份仍未‘解決’呢？”

Rutenbar指出，對于模擬設計師來說，從那以后EDA工具所做的正確事情就是增加最佳化的自動化、增加關鍵的IP合成、在相同設計流程中增加嵌入式 工具，并采取分而治之的方法。遺憾的是，它漏掉了工程師如何進行實際布局的正確使用模型──換句話說，就是‘秘方’的自動化。

最佳化、約束管理和統(tǒng)計中心工具很早就實現(xiàn)自動化了，而且廣受模擬設計師的接納。然而，模擬工程師仍然不愿意使用自動化布局工具，因為他們掌握著應該如何進行布局的秘訣。

“工程師不想用自動化布局工具，原因涉及其中存在一種作為正確性替代品的審美觀，”但Rutenbar強調(diào)，“利用布局美學在于確保電路能夠正常工作，因為他們過去搭建過類似的電路，而且證明可順利地作業(yè)?！?/p>

Rutenbar認為，工程師必須接受自動化布局工具，特別是針對未來的先進節(jié)點SoC。舉例來說，當今的分離式模擬電路很便宜，因為它們使用的設計規(guī)則可能比數(shù)字制程中最先進的技術節(jié)點更落后五代之多。

然而，對于整合混合訊號電路的未來SoC來說，模擬設計師必須學會如何在14nm、10nm、7nm甚至5nm節(jié)點時打造性能卓越的模擬功能。他們還必須 開始設計模擬FinFET。使用模擬FinFET的模擬工程師所面臨的最大問題在于導致嚴重直流（DC）壓降的電遷移、訊號與電源布線以及電源電路的自發(fā) 熱，而這些問題都可以透過使用自動化布局工具加以解決。