三大趨勢，引領 EDA 未來

　　作者：是德科技副總裁兼 PathWave 軟件解決方案總經理 Niels Faché

　　
　　電子設計自動化（EDA）行業(yè)的增長勢頭強勁，為半導體和電子系統(tǒng)設計行業(yè)實現更大的成功做出了重要貢獻。越來越多的系統(tǒng)公司開始自己設計芯片和電子產品，他們的創(chuàng)新步伐會受到哪些主要 EDA 趨勢的影響？
　　
　　Trend：電子產品的設計正在朝著特定領域發(fā)展。特定領域的設計對 EDA 工具開發(fā)人員和用戶意味著什么？
　　
　　答：對于產品開發(fā)人員來說，只考慮芯片或電路板的傳統(tǒng)技術指標已經不夠。他們現在還必須要考慮產品集成和使用的環(huán)境。
　　
　　促使產品開發(fā)團隊考慮環(huán)境設計的因素包括系統(tǒng)越來越高的復雜性、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，才能應對集成挑戰(zhàn)并優(yōu)化性能。
　　
　　針對環(huán)境進行設計給 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，在設計和測試階段實施更好的工藝、數據和知識產權（IP）管理，以便眾多專家能夠高效地協(xié)同工作。
　　
　　根據仿真類型（電路仿真、系統(tǒng)仿真或網絡仿真）來決定是在系統(tǒng)級充分利用基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE），還是采用分層設計和不同等級的模型來設計。
　　
　　改進模型（包括基于測量的模型），從而提高仿真的準確性。早期設計過程中的準確仿真可使開發(fā)團隊降低驗證和確認風險，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量。
　　
　　在仿真環(huán)境中提供正式的驗證框架，從而在要求的設計環(huán)境下確認元器件兼容性。
　　
　　要圍繞環(huán)境進行設計就需要 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據管理的投資，從而提高生產效率。
　　
　　Trend：芯片在各類產品中的使用越來越普遍，半導體行業(yè)現在要服務越來越多的客戶群體。這對 EDA 行業(yè)有何影響？
　　
　　答：當前芯片處于供不應求的狀態(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，是德科技的芯片設計和制造客戶證實，需求比供應高出了 30%。一部分芯片廠未來兩年的產能都已被預訂。不過，有些公司將在未來 18 至 24 個月內擴大產能，這可能會有助于供需重新平衡。
　　
　　半導體行業(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)療保健等其他應用會搶占芯片產能。應用和行業(yè)領域的多樣性有助于晶圓廠的產能得到高效利用。
　　
　　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 位微控制器已經無法滿足許多需要更先進計算處理和連通性的應用提出的需求。初創(chuàng)企業(yè)正在迅速萌芽，不斷打造出新的設計和創(chuàng)新產品。無晶圓廠模式使得行業(yè)能夠滿足越來越多的應用需求，同時讓半導體制造能力得到高效利用。
　　
　　設計人員需要讓 EDA 產品實現新的設計功能并滿足驗證工作的要求。設計團隊需要 EDA 公司提供更好的工具、IP 模塊和咨詢服務。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計的啟動和成功。啟動的設計越多，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鍵型市場和數據中心等任務關鍵型市場尤為重要。EDA 工具如何解決產品老化、質量和可靠性問題？
　　
　　答：對于是德科技而言，可靠性設計并不是一個新鮮的話題，因為公司的儀器產品具有非常嚴格的使用壽命要求。只有將可靠性完全融入整個設計、制造和測試過程，它才能發(fā)揮積極的影響。在儀器產品生命周期中，是德科技充分吸取可靠性優(yōu)秀案例的經驗，這些經驗在多年的開發(fā)過程中對我們的設計和仿真工具產生了積極影響。是德科技的內部工具用戶和商業(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互連的更大系統(tǒng)中，芯片占據了越來越大的比重。如何對這些互連和封裝細部進行建模也是可靠性設計要攻克的難關。舉個例子，空間應用需要考慮自身的冗余和特殊設計模式，從而提高輻射硬度。這種方法也用到了醫(yī)療保健等其他任務關鍵型應用中。在物聯網、汽車和消費產品中，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用有這樣的要求。
　　
　　隨著這些新興應用中的錯誤成本增加，仿真對于設計質量的重要性也在增加。是德科技 PathWave 設計工具可以對直接影響質量和可靠性的信號與電源完整性以及電磁效應進行仿真和分析。如果從事設計領域的客戶尋求在業(yè)內實現仿真簽核，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來驗證軟件。EDA 工具和 IP 也有助于預測和避免現場故障。使用嵌入式傳感器和 AI/ML 軟件技術進行實時數據收集和分析有望很快解決芯片產品的可靠性和老化問題。