三大趨勢，引領(lǐng) EDA 未來

　　作者：是德科技副總裁兼 PathWave 軟件解決方案總經(jīng)理 Niels Faché

　　
　　電子設(shè)計自動化（EDA）行業(yè)的增長勢頭強勁，為半導(dǎo)體和電子系統(tǒng)設(shè)計行業(yè)實現(xiàn)更大的成功做出了重要貢獻。越來越多的系統(tǒng)公司開始自己設(shè)計芯片和電子產(chǎn)品，他們的創(chuàng)新步伐會受到哪些主要 EDA 趨勢的影響？
　　
　　Trend：電子產(chǎn)品的設(shè)計正在朝著特定領(lǐng)域發(fā)展。特定領(lǐng)域的設(shè)計對 EDA 工具開發(fā)人員和用戶意味著什么？
　　
　　答：對于產(chǎn)品開發(fā)人員來說，只考慮芯片或電路板的傳統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)不夠。他們現(xiàn)在還必須要考慮產(chǎn)品集成和使用的環(huán)境。
　　
　　促使產(chǎn)品開發(fā)團隊考慮環(huán)境設(shè)計的因素包括系統(tǒng)越來越高的復(fù)雜性、更高的性能需求與成本的取舍，以及不斷壓縮的開發(fā)周期。為了解決這些問題，在由元器件（如 RFIC）、子系統(tǒng)（如雷達）和系統(tǒng)（如自動駕駛系統(tǒng)）等構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)中，EDA 廠商和用戶需要更密切地合作，才能應(yīng)對集成挑戰(zhàn)并優(yōu)化性能。
　　
　　針對環(huán)境進行設(shè)計給 EDA 工具提供商帶來了如下挑戰(zhàn)和機遇：
　　
　　創(chuàng)建協(xié)作工作流程，在設(shè)計和測試階段實施更好的工藝、數(shù)據(jù)和知識產(chǎn)權(quán)（IP）管理，以便眾多專家能夠高效地協(xié)同工作。
　　
　　根據(jù)仿真類型（電路仿真、系統(tǒng)仿真或網(wǎng)絡(luò)仿真）來決定是在系統(tǒng)級充分利用基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE），還是采用分層設(shè)計和不同等級的模型來設(shè)計。
　　
　　改進模型（包括基于測量的模型），從而提高仿真的準(zhǔn)確性。早期設(shè)計過程中的準(zhǔn)確仿真可使開發(fā)團隊降低驗證和確認(rèn)風(fēng)險，減少對迭代和成本高昂的物理原型的需求。
　　
　　通過云端的高性能計算（HPC）和并行運行增加仿真數(shù)量。
　　
　　在仿真環(huán)境中提供正式的驗證框架，從而在要求的設(shè)計環(huán)境下確認(rèn)元器件兼容性。
　　
　　要圍繞環(huán)境進行設(shè)計就需要 EDA 公司之間加深合作，進一步提升 EDA、計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）和測試工具之間的互操作性。它還要求將 EDA 工具更好地融合到產(chǎn)品生命周期管理（PLM）系統(tǒng)中，加大對仿真和測試流程以及數(shù)據(jù)管理的投資，從而提高生產(chǎn)效率。
　　
　　Trend：芯片在各類產(chǎn)品中的使用越來越普遍，半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)在要服務(wù)越來越多的客戶群體。這對 EDA 行業(yè)有何影響？
　　
　　答：當(dāng)前芯片處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，疫情更是讓這種狀態(tài)雪上加霜。我在前不久的一次歐洲之行中了解到，是德科技的芯片設(shè)計和制造客戶證實，需求比供應(yīng)高出了 30%。一部分芯片廠未來兩年的產(chǎn)能都已被預(yù)訂。不過，有些公司將在未來 18 至 24 個月內(nèi)擴大產(chǎn)能，這可能會有助于供需重新平衡。
　　
　　半導(dǎo)體行業(yè)具有周期性，芯片制造中一直存在的需求周期會影響到下游的 EDA 廠商。舉個例子，汽車長期以來就是一個周期性行業(yè)。在汽車行業(yè)進入下行周期時，消費和醫(yī)療保健等其他應(yīng)用會搶占芯片產(chǎn)能。應(yīng)用和行業(yè)領(lǐng)域的多樣性有助于晶圓廠的產(chǎn)能得到高效利用。
　　
　　長期增長勢頭強勁，“萬物電氣化”極大地增加了對新芯片組的需求。簡單的 8 位或 16 位微控制器已經(jīng)無法滿足許多需要更先進計算處理和連通性的應(yīng)用提出的需求。初創(chuàng)企業(yè)正在迅速萌芽，不斷打造出新的設(shè)計和創(chuàng)新產(chǎn)品。無晶圓廠模式使得行業(yè)能夠滿足越來越多的應(yīng)用需求，同時讓半導(dǎo)體制造能力得到高效利用。
　　
　　設(shè)計人員需要讓 EDA 產(chǎn)品實現(xiàn)新的設(shè)計功能并滿足驗證工作的要求。設(shè)計團隊需要 EDA 公司提供更好的工具、IP 模塊和咨詢服務(wù)。對于 EDA 廠商來說，客戶市場使用芯片的力度加大是一個非常積極的動向，這些廠商的成長和成功一部分要取決于設(shè)計的啟動和成功。啟動的設(shè)計越多，對工程師和他們使用的 EDA 工具的要求也就越多。工程師需要借助智能自動化和更高的效率更快完成工作。
　　
　　Trend：客戶希望芯片和電子系統(tǒng)具有更長的使用壽命，并且能在整個生命周期正常發(fā)揮作用。這對于汽車等安全關(guān)鍵型市場和數(shù)據(jù)中心等任務(wù)關(guān)鍵型市場尤為重要。EDA 工具如何解決產(chǎn)品老化、質(zhì)量和可靠性問題？
　　
　　答：對于是德科技而言，可靠性設(shè)計并不是一個新鮮的話題，因為公司的儀器產(chǎn)品具有非常嚴(yán)格的使用壽命要求。只有將可靠性完全融入整個設(shè)計、制造和測試過程，它才能發(fā)揮積極的影響。在儀器產(chǎn)品生命周期中，是德科技充分吸取可靠性優(yōu)秀案例的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗在多年的開發(fā)過程中對我們的設(shè)計和仿真工具產(chǎn)生了積極影響。是德科技的內(nèi)部工具用戶和商業(yè)客戶對于如何讓電路保持在電氣和熱限值范圍內(nèi)十分感興趣。這看似很簡單，其實非常有挑戰(zhàn)，尤其是在環(huán)境和工藝發(fā)生了變化的時候。
　　
　　在通過不同封裝技術(shù)互連的更大系統(tǒng)中，芯片占據(jù)了越來越大的比重。如何對這些互連和封裝細部進行建模也是可靠性設(shè)計要攻克的難關(guān)。舉個例子，空間應(yīng)用需要考慮自身的冗余和特殊設(shè)計模式，從而提高輻射硬度。這種方法也用到了醫(yī)療保健等其他任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用中。在物聯(lián)網(wǎng)、汽車和消費產(chǎn)品中，對可靠性和老化（磨損）要求的重要性越來越凸顯，而此前只有航空航天和國防應(yīng)用有這樣的要求。
　　
　　隨著這些新興應(yīng)用中的錯誤成本增加，仿真對于設(shè)計質(zhì)量的重要性也在增加。是德科技 PathWave 設(shè)計工具可以對直接影響質(zhì)量和可靠性的信號與電源完整性以及電磁效應(yīng)進行仿真和分析。如果從事設(shè)計領(lǐng)域的客戶尋求在業(yè)內(nèi)實現(xiàn)仿真簽核，EDA 工具的影響可能會變得更加顯著。這一方式需要通過獨立的測試套件或測試機構(gòu)來驗證軟件。EDA 工具和 IP 也有助于預(yù)測和避免現(xiàn)場故障。使用嵌入式傳感器和 AI/ML 軟件技術(shù)進行實時數(shù)據(jù)收集和分析有望很快解決芯片產(chǎn)品的可靠性和老化問題。