淺談EDA技術的發(fā)展趨勢及面臨的挑戰(zhàn)

1 概述

EDA（Electronic Design Automation）是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進行三方面的設計工作，即IC設計、電子電路設計和PCB設計.EDA工具的出現(xiàn)，給電子系統(tǒng)設計帶來了革命性的變化。隨著INTEL公司PENTIUM處理器的推出，ALTERA、XILINX等公司幾十萬門乃至上百萬門規(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用，EDA工程在功能仿真、時序分析、集成電路自動測試、高速印刷電路板設計及操作平臺的擴展等方面都面臨著新的巨大的挑戰(zhàn)，這些問題實際上也是新一代EDA技術未來發(fā)展的趨勢。

2 EDA技術的發(fā)展趨勢及面臨的挑戰(zhàn)

電子產業(yè)瞬息萬變，隨著新一代半導體工藝和設計方法的進步及新的應用領域和市場需求的變化，設計人員必須不斷嘗試新的EDA工具及解決方案。目前，EDA產業(yè)正面臨一個關鍵的轉折點，必須隨著客戶、電子及IC設計產業(yè)的需求而進行調整、改變與創(chuàng)新。

（1）EDA發(fā)展生存必須適應市場趨勢，專注技術創(chuàng)新，保持領先地位。

隨著半導體工藝邁入納米時代及設計復雜度的快速提升，設計公司面臨許多設計挑戰(zhàn)，包括時序收斂、信號完整性、可制造性設計（DFM）及低功耗設計，設計公司被迫尋找新的EDA設計工具以提升生產率，進而應付當今市場的激烈競爭。先進的技術是EDA公司的生命線，必須持續(xù)投入內部研發(fā)，以創(chuàng)新想法及新穎技術配合半導體工藝及設計領域的要求開發(fā)最新的產品滿足市場需求，今后EDA產品技術創(chuàng)新的重點將會在系統(tǒng)級驗證及DFM兩大領域。為了增加在系統(tǒng)及驗證市場的競爭力，EDA工具主要供應商之一Cadence收購了提供系統(tǒng)驗證解決方案的關鍵供應商vsity公司，通過其主要的VPA（驗證過程自動化）產品，提供了一個在統(tǒng)一的多語言基礎架構上進行模擬、加速、仿真的解決方案，可幫助客戶顯著提高產品質量和加快產品上市時間，目前許多國際領先廠商及新興設計公司都已開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設計，產品的成品率是影響設計及最終產品競爭力的最大因素，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統(tǒng)一的用戶界面，避免了在不同的工具間進行數(shù)據(jù)轉換等繁瑣的操作。目前，Synopsys和Cadence兩大EDA工具供應商分別推出了集成眾多工具在內的一體化設計工具，同時，也在分別推出各自的標準數(shù)據(jù)庫，以進一步簡化設計流程。

Galaxy平臺是Synopsys近期推出的先進IC設計平臺，整合了Synopsys公司的許多工具，覆蓋了從設計編譯、布局編譯、物理編譯、DFT編譯以及硅片制造的全部流程，同時還在內部集成了向第三方開放的Milkyway數(shù)據(jù)庫，將不同設計階段中的數(shù)據(jù)、時序、計算以及種種約束條件協(xié)調起來。Galaxy平臺可以直接面向90MM以及以下的設計，新的模擬和混合信號設計工具并將其集成到Galaxy平臺中Synopsys已在提供模擬和混合信號的仿真和驗證產品，目前正著重在模擬電路的實現(xiàn)上，并已有利用CAD工具進行模擬電路設計的能力。

IP的合理應用是加速產品設計流程的一個有效途徑。按照美國EDA聯(lián)盟2003年一季度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，IP產品的銷售額是全球EAD工業(yè)中增加最快的一個領域，較2002年同期增加36%。應用是IP設計業(yè)中絕對的發(fā)展趨勢，全球三大IP供應商是ARM，Rambus和Synopsys三家公司，重點開發(fā)了應用面廣的PCI、USB等標準IP庫。

（3）System Verilog將成為下一代的描述語言描述語言一直是EDA業(yè)中重要的一環(huán)VHDL和Verilog目前是中國的主流設計語言。然而，隨著IC復雜度的不斷提高，

從更高層次入手對系統(tǒng)進行描述是描述語言未來的發(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博士對描述語言發(fā)展方向上的預測，在進一步解釋這一預測時，指出多年來IC設計中更關注的是仿真，而目前驗證在IC的整個設計周期中已經占據(jù)了605甚至更多的時間，而System Verilog可以有效地支持上述兩者的需求，同時System Verilog是與Verilog完全兼容的。“VHDL還會在很長時間內存在，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中國區(qū)總經理潘建岳的分析，目前中國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)展而來的。de Geus博士分別于1992年、1995年1997年、2000年等時段提出了關注設計復用、時序收斂、信號完整性和可制造性設計的前瞻性預言，呼吁業(yè)界重視這些問題，這些預測都相繼在幾年后得到了印證，相信他這次提出的System Verilog推論也會在未來幾年內得到證實。

（4）ESL將撐起EDA產業(yè)復蘇大旗電子系統(tǒng)級（ESL）設計工具有望回報給EDA產業(yè)兩位數(shù)的增長，但仍然還存在重大的挑戰(zhàn)。市場研究公司Gartner Dataquest的兩位分析師Gary smith和Daya Nadamuni日前在美國加州舉行的設計自動化研討會上如是表示。smith稱，兩人相當于“一個扮紅臉，一個扮白臉”，而他就是那個扮白臉的人，他要做的就是對EDA產業(yè)進行“事實審視”。smith聲稱，EDA商業(yè)模式一直是外包模式，“客戶其實并不在乎你（EDA供應商）為設計流程帶來多大的價值?！?/p>

此外，他還表示，當今EDA工具的價值由于“不可思議的愚蠢價格戰(zhàn)”被低估。他指出2001年購買半數(shù)EDA工具的主流EDA用戶正放棄IC物理設計，留給ASIC供應商或顧問公司。這些設計師更愿意在電子系統(tǒng)級（ESL）展開工作，并在寄存器傳輸級（RTL）行設計。Nadamuni認為，軟件挑戰(zhàn)是ESL身后的關鍵推動力。多處理器系統(tǒng)級芯片必須并行編程，ESL的目標是單一高級別模型的協(xié)同軟硬件設計。Nadamuni預計，未來幾年全球ESL工具營收將顯著增長，將從如今的2億美元增加至2009年時的16億美元。三種主要的ESL方法學，分別圍繞算法、處理器與存儲器制邏輯，它們均包含行為級與架構級設計。分別面向不同的工具供應商。

（5）Linux提速進入EDA領域

隨著EDA技術在全球范圍內的飛速發(fā)展，業(yè)界都在翹首以待基于linux環(huán)境的EDA技術成為電路設計領域的主流。2004年3月9日，惠普中國有限公司主辦的主題為“l(fā)inux環(huán)境與EDA技術應用研討會”2004HP亞太地區(qū)巡回展在北京舉行，在會議中，HP負責EDA技術的相關人員介紹了當今最新的EDA技術發(fā)展情況，同時，與HP在此領域一直以來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領域發(fā)展迅速，其在全球其他行業(yè)的應用也將是前景光明?！盚P全球EDA部經理Norm Rrini給予了Linux很高的評價。Norm Rrini在會上指出Linux之所以將大有可為的原因：首先，由于Linux費用很低，源代碼開放，這使得EDA軟件的前期開發(fā)費用很低，而且運行維護的成本也很低，同時大大方便了工程師的設計工作。而Linux工作站的費用也要比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，甚至運行速度要更快一些。現(xiàn)在業(yè)界普遍的看法就是預計在未來的5年內Linux成為EDA的主角。可以預見Linux的普及只是時間問題。

3 我國EDA技術的出路

（1）中國IC設計公司任重道遠近年來我國的半導體市場發(fā)展突飛猛進“政府積極扶植EDA產業(yè)，加大招商引資力度，大力建設EDA制造業(yè)基地，國務院頒布的軟件產業(yè)和集成電路產業(yè)發(fā)展的若干政策從政策上為EDA的發(fā)展營造了良好的外部環(huán)境，同時世界領先的一些供應商也看好中國市場的潛在優(yōu)勢，向中國出口先進的設計工具，但具備了工具只是解決了設計手段，而中國的設計師在EDA的總體應用能力方面與世界發(fā)達國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計環(huán)境，供應商技術服務支持不夠，中國EDA技術的現(xiàn)在和未來都應重視設計方法、工具和設計語言等方面的問題，從整體上看，中國市場對設計工具的需求已越來越與國際接軌，但是盡管中國EDA設計領域中前端的設計相對成熟，但后端例如從網(wǎng)表到C++等的設計卻面臨著更大的挑戰(zhàn)。無論是EDA的使用還是EDA工具本身，我國與先進國家相比都有很大差距。EDA標準化工作在我國剛剛起步，我國有龐大的市場需求和快的增長速度，同時還有后發(fā)優(yōu)勢，這是我國EDA發(fā)展的楔機。在EDA標準化方面，目前主要應采用國際和國外先進標準，一方面引進和轉化適用的標準，更重要的是加強轉化后標準的宣傳和推廣，通過標準化工作促進我國EDA及集成電路產業(yè)的發(fā)展。

（2）我國如何應對EDA技術的挑戰(zhàn)

a.充分發(fā)揮EDA仿真技術在教學中的應用，培養(yǎng)更多適應新技術要求的人才。

人才需求的變化。技術的發(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。這一意識必須是科學的、嶄新的、快速的、甚至是跳躍的。特別是人才的培養(yǎng)需要有掌握新技術的專業(yè)教師，還要有新技術的設備才能滿足人才培養(yǎng)的要求。新技術、新設備的大量投入可能會影響到進入人才市場最前沿的機遇。這就需要我們思維創(chuàng)新，教學手段創(chuàng)新。作者認為學校實驗教學就應該以EDA仿真技術為突破口，引入計算機輔助教學手段，從而加快高素質人才培養(yǎng)的速度，建立雄厚的EDA技術人才基礎。

b.以半導體的研究創(chuàng)新促進EDA技術發(fā)展

半導體工藝技術在過去5年中正以飛快的速度發(fā)展。硅的生產率每18個就會增加，而設計生產率仍舊嚴重滯后。自從半導體行業(yè)步入0.13μm時代以來，集成電路設計所面臨的挑戰(zhàn)已被多次提及，范圍包括了數(shù)字和模擬電路領域。相關的內容包括K功率管理，功能驗證，漏電流，對于超過1.5億個晶體管的復雜設計管理，還有0.13μm以下的混合信號和數(shù)字設計等等。過去那些令人生畏的巨大挑戰(zhàn)總會被解決。所以說沒有人會懷疑半導體技術會適時而及時地找出解決所面臨的挑戰(zhàn)方案，來擊敗ITRS的預言。但是，為了在設計效率和設計技術有效上取得長足進步和避免成本重復，EDA產業(yè)應該支持相應的一整套標準，如設計工具的全球戰(zhàn)略、可制造性設計、統(tǒng)計設計方法、低功率設計和系統(tǒng)級確認等。

c.開發(fā)實用性更強的EDA軟件

在EDA軟件開發(fā)方面，目前主要集中在美國。但各國也正在努力開發(fā)相應的工具。日本、韓國都有ASIC計工具，但不對外開放。中國華大集成電路設計中心，也提供IC設計軟件，但性能不是很強。相信在不久的將來會有更多更好的功能強大、界面友好、使用方便的設計工具在各地開花并結果。

d.外設技術與EDA工程相結合

外設技術與EDA工程相結合的市場前景看好，如組合超大屏幕的相關連接，多屏幕技術也有所發(fā)展。中國自1995年以來加速開發(fā)半導體產業(yè)，先后建立了幾所設計中心，推動系列設計活動以應對亞太地區(qū)其它EDA市場的競爭。在信息通信領域，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、計算機及軟件技術、第三代移動通信技術、信息管理、信息安全技術，積極開拓以數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術為基礎的新一代信息產品，發(fā)展新興產業(yè)，培育新的經濟增長點。要大力推進制造業(yè)信息化，積極開展計算機輔助設計，計算機輔助工程，算機輔助工藝，計算機輔助制造，產品數(shù)據(jù)管理，制造資源計劃，及企業(yè)資源管理，等。有條件的企業(yè)可開展“網(wǎng)絡制造”，便于合作設計、合作制造，參與國內和國際競爭。開展“數(shù)控”工程和“數(shù)字化”工程。自動化儀表的技術發(fā)展趨勢的測試技術、控制技術與計算機技術、通信技術進一步融合，形成測量、控制、通信與計算機（M3C）結構。在ASIC和PLD設計方面，向超高速、高密度、低功耗、低電壓方面發(fā)展。

4 結語

EDA技術發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來描述。EDA技術的應用廣泛，現(xiàn)在已涉及到各行各業(yè)，EDA水平也在不斷提高，設計工具趨于完美的地步，EDA市場日趨成熟，但我國的研發(fā)水平仍很有限，尚需迎頭趕上。
? ? ? ?責任編輯：tzh