أتمتة التصميم الإلكتروني

"ECAD" redirects here. For the Brazilian organization, see ECAD (Brazil). For other uses, see ECAD (disambiguation).

منظر ثلاثي الأبعاد لتصميم لوح إلكتروني، باستخدام برنامج KiCAD

أتمتة التصميم الإلكتروني Electronic design automation (EDA)، المعروفة أيضاً باسم التصميم الإلكتروني بمساعدة الحاسب (ECAD) ، وهي فئة من أدوات البرمجيات لتصميم النظم الإلكترونية مثل الدوائر المتكاملة و لوحات الدوائر المطبوعة. تعمل الأدوات معاً في تخطيط لتصميم الذي يستخدمه مصممو الشرائح لتصميم شرائح أشباه الموصلات بالكامل وتحليلها. نظراً لأن رقاقة أشباه الموصلات الحديثة يمكن أن تحتوي على مليارات المكونات، فإن أدوات EDA ضرورية لتصميمها؛ توضح هذه المقالة بشكل خاص EDA تحديداً فيما يتعلق بـ الدوائر المتكاملة (ICs).

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 التاريخ

 الأيام الأوائل

قبل تطوير EDA، تم تصميم الدوائر المتكاملة يدوياً ووضعها يدوياً. استخدمت بعض المحلات التجارية المتقدمة برامج هندسية لإنشاء أشرطة لـ گربر آلة تصوير ضوئي، المسؤولة عن توليد صورة تعرض أحادية اللون، ولكن حتى تلك التسجيلات الرقمية المنسوخة للمكونات المرسومة ميكانيكياً. كانت العملية في الأساس رسومية، حيث تمت الترجمة من الإلكترونيات إلى الرسومات يدوياً؛ كانت الشركة الأكثر شهرة في هذا العصر هي كالما، والتي لا يزال تنسيقها GDSII قيد الاستخدام حتى اليوم. بحلول منتصف السبعينيات، بدأ المطورون في أتمتة تصميم الدوائر بالإضافة إلى الصياغة وتم تطوير أدوات التنسيب والتوجيه؛ عند حدوث ذلك، قامت مداولات مؤتمر أتمتة التصميم بفهرسة الغالبية العظمى من التطورات في ذلك الوقت.

بدأت الحقبة التالية بعد نشر "مقدمة إلى أنظمة VLSI" بواسطة كارڤر ميد و لين كونواي في عام 1980; دعا هذا المقال الرائد إلى تصميم الرقائق بلغات البرمجة التي يتم تجميعها إلى السيليكون. كانت النتيجة الفورية زيادة كبيرة في تعقيد الرقائق التي يمكن تصميمها، مع تحسين الوصول إلى أدوات التحقق من التصميم التي تستخدم المحاكاة المنطقية. غالباً ما كان تصميم الرقائق أسهل وأكثر احتمالية للعمل بشكل صحيح، حيث يمكن محاكاة تصميماتها بشكل أكثر دقة قبل البناء. على الرغم من أن اللغات والأدوات قد تطورت، إلا أن هذا النهج العام لتحديد السلوك المطلوب في لغة البرمجة النصية والسماح للأدوات باشتقاق التصميم المادي التفصيلي يظل أساس تصميم IC الرقمي اليوم.

تم إنتاج أقدم أدوات أكاديمية الإمارات الدبلوماسية بشكل أكاديمي. ومن أشهرها "Berkeley VLSI Tools Tarball"، وهي مجموعة من أدوات يونكس المساعدة المستخدمة لتصميم نظم VLSI المبكرة. لا يزال Espresso heuristic logic minimizer مستخدماً على نطاق واسع، وهو المسؤول عن تقليل تعقيد الدوائر و ماجيك، وهو منصة تصميم بمساعدة الحاسب. تطور مهم آخر كان تشكيل MOSIS، وهو اتحاد من الجامعات والمصنعين الذين طوروا طريقة غير مكلفة لتدريب مصممي الشرائح الطلابية من خلال إنتاج دوائر متكاملة حقيقية. كان المفهوم الأساسي هو استخدام عمليات IC موثوقة ومنخفضة التكلفة ومنخفضة التكنولوجيا نسبياً وحزم عدد كبير من المشاريع لكل رقاقة، مع الاحتفاظ بعدة نسخ من الرقائق من كل مشروع. قام المصنعون المتعاونون إما بالتبرع بالرقائق المعالجة أو بيعها بسعر التكلفة. حيث رأوا أن البرنامج مفيد لنموهم على المدى الطويل.

 ولادة EDA تجارياً

كان عام 1981 بمثابة بداية أتمتة التصميم الإلكتروني. لسنوات عديدة، كانت الشركات الإلكترونية الكبرى، مثل هيولت-پاكرد و تكترونكس و إنتل، قد اتبعت EDA داخلياً، حيث بدأ المدراء والمطورون في الخروج من هذه الشركات للتركيز على EDA كعمل تجاري. فقد تم تأسيس كل من شركة ديزي سستمز، منتور گرافكس و ڤالد لوجك سستمز في هذا الوقت تقريباً ويشار إليها مجتمعة باسم DMV. في عام 1981، بدأت اوزارة دفاع الولايات المتحدة بالإضافة إلى تمويل VHDL كلغة وصف الأجهزة. في غضون بضع سنوات، كان هناك العديد من الشركات المتخصصة في أتمتة التصميم الإلكتروني، ولكل منها تأمين مختلف قليلاً.

أقيم أول معرض تجاري لـ EDA في مؤتمر أتمتة التصميم في عام 1984 وفي عام 1986، تم تقديم ڤيرلوگ، وهي لغة تصميم أخرى عالية المستوى، كلغة وصف للأجهزة بواسطة شركة گيتوي دزاين أوتوميشن. اتبعت أجهزة المحاكاة هذه المقدمات بسرعة، مما سمح بالمحاكاة المباشرة لتصميمات الرقائق والمواصفات القابلة للتنفيذ. في غضون عدة سنوات، تم تطوير الأطراف الخلفية لأداء التصميم المنطقي.

 الوضع الحالي

المقالة الرئيسية: Integrated circuit design, Design closure, and Design flow (EDA)

التصميمات الرقمية الحالية معيارية للغاية، حيث تنتج الواجهات الأمامية أوصاف تصميم موحدة يتم تجميعها في استدعاءات للوحدات المشابهة للخلايا دون النظر إلى تقنيتها الفردية. تنفذ الخلايا المنطق أو الوظائف الإلكترونية الأخرى من خلال استخدام تقنية دائرة متكاملة معينة. يوفر المصنعون عموماً مكتبات من المكونات لعمليات الإنتاج الخاصة بهم، مع نماذج محاكاة تناسب أدوات المحاكاة القياسية. أدوات EDA التناظرية هي وحدات أقل بكثير، نظراً لأن العديد من الوظائف مطلوبة، فهي تتفاعل بقوة أكبر والمكونات، بشكل عام، أقل مثالية.

زادت أهمية EDA للإلكترونيات بسرعة مع التحجيم المستمر لتكنولوجيا أشباه الموصلات.بعض المستخدمين هم مشغلو مصانع أشباه الموصلات، يديرون مرافق صناعة المكونات شبه الموصلة ("فابس") وأفراد إضافيين مسؤولين عن استخدام شركات خدمات تصميم التكنولوجيا التي تستخدم برنامج EDA لتقييم واردة تصميم جاهزية التصنيع. تُستخدم أدوات EDA أيضاً لبرمجة وظائف التصميم في FPGA أو مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة الحقلية، وتصميمات الدوائر المتكاملة القابلة للتخصيص.

 اهتمامات البرنامج

 التصميم

المقالة الرئيسية: Design flow (EDA)

يستمر تخطيط التصميم بتميزه في المقام من خلال عدة مكونات أولية; وتشمل هذه:

• تصميم عالي المستوى (يُعرف أيضًا بالتصميم السلوكي أو التوليف الخوارزمي)– يتم تحويل وصف التصميم عالي المستوى (على سبيل المثال في C/C++) إلى RTL أو مستوى نقل المسجل، المسؤول عن تمثيل الدوائر عبر استخدام التفاعلات بين المسجلات.
• تصميم منطقي – ترجمة وصف تصميم RTL (على سبيل المثال مكتوب بلغة ڤيرلوگ أو VHDL) إلى قائمة شبكية أو تمثيل لبوابات منطقية.
• رسم تخطيطي– بالنسبة إلى Capture CIS الرقمي، التناظري، الشبيه بالترددات اللاسلكية في الخلية القياسية في Orcad by Cadence و ISIS في پروتيوس.
• التخطيط– عادةً تصميم تخطيطي، مثل Layout في Orcad بـCadence، و ARES في پروتيوس.

 المحاكاة

المقالة الرئيسية: Electronic circuit simulation

• محاكاة ترانزستورية - محاكاة ترانزستورية منخفضة المستوى لسلوك تصميمي/تخطيطي، دقيقة على مستوى الجهاز.
• محاكاة منطقية - محاكاة رقمية لسلوك RTL أو سلوك بوابة القائمة الشبكية الرقمي ( المنطقي 0/1)، دقيقة على المستوى المنطقي.
• المحاكاة السلوكية - محاكاة عالية المستوى للعملية البنيوية للتصميم، دقيقة على مستوى الدورة العمل أو مستوى الواجهة.
• محاكاة الأجهزة - استخدام أجهزة ذات أغراض خاصة لمحاكاة منطق التصميم المقترح. يمكن توصيله في بعض الأحيان بنظام بدلاً من شريحة لم يتم بناؤها بعد; هذا يسمى محاكاة ضمن الدائرة.
• التصميم التقني بمساعدة الحاسب محاكاة وتحليل تقنية العملية الأساسية. تستمد الخواص الكهربائية للأجهزة مباشرة من فيزياء الجهاز.
• محللات الحقل الكهرومغناطيسي، أو محللات المجال، يحل معادلات ماكسويل مباشرة في حالات الاهتمام بتصميم IC و PCB. من المعروف أنها أبطأ ولكنها أكثر دقة من استخلاص التصميم أعلاه. قالب:Where?

برنامج الفهم التخطيطي

 التحليل والتحقق

• التحقق الوظيفي
• التحقق من تقاطع نطاق الساعة (فحص CDC): مشابه لـ الفحص، ولكن هذه الفحوصات/الأدوات متخصصة في اكتشاف المشكلات المحتملة والإبلاغ عنها مثل فقدان البيانات، ما بعد الاستقرار بسبب استخدام مجالات الساعة في التصميم.
• التحقق الشكلي، أيضاً فحص النماذج: يحاول إثبات أن النظام لديه خصائص معينة مطلوبة، وأن بعض التأثيرات غير المرغوب فيها (مثل الاستعصاء) لا يمكن أن تحدث.
• فحص التكافؤ: مقارنة حسابية بين RTL للشريحة\الرقاقة - الوصف والبوابة المركبة - قائمة شبكية، لضمان التكافؤ الوظيفي على المستوى المنطقي.
• تحليل التوقيت الثابت: تحليل توقيت الدائرة بطريقة مستقلة عن المدخلات، ومن ثم إيجاد أسوأ حالة على جميع المدخلات الممكنة.
• التحقق الفيزيائي، PV: التحقق مما إذا كان التصميم قابلاً للتصنيع فعلياً، وأن الرقائق الناتجة لن تحتوي على أي عيوب مادية تمنع الوظيفة، وستفي بالمواصفات الأصلية.

 التحضير للتصنيع

• معالجة ما بعد التخطيط أو MDP - إنشاء إنشاء صور للطباعة الضوئية، تُستخدم لتصنيع الرقاقة فعلياً.
  • تقنيات تحسين الدقة أو RET - طرق لزيادة جودة القناع الضوئي النهائي.
  • تصحيح التقارب الضوئي أو OPC - التعويض الأمامي لتأثيرات الانعراج و التداخلات التي تحدث لاحقاً عند تصنيع الشريحة باستخدام هذا القناع.
  • معالجة ما بعد التخطيط - توليد صورة القناع المسطح من التصميم الهرمي.
  • إنشاء نموذج اختبار تلقائي أو ATPG - توليد بيانات النمط بشكل منهجي لممارسة أكبر عدد ممكن من البوابات المنطقية والمكونات الأخرى.
  • اختبار ذاتي مدمج، أو BIST - تثبيت وحدات تحكم اختبار ذاتية لاختبار منطق أو ذاكرة تلقائياً) في التصميم.

 السلامة الوظيفية

• تحليل السلامة الوظيفية، والحساب المنهجي لمعدلات الفشل في الوقت المناسب (FIT) ومقاييس التغطية التشخيصية للتصاميم من أجل تلبية متطلبات الامتثال لمستويات السلامة المرغوبة.
• تصميم السلامة الوظيفية، إضافة تحسينات الموثوقية إلى العناصر الهيكلية (الوحدات، وذاكرة الوصول العشوائي، وذاكرة القراءة فقط، وملفات التسجيل، و FIFOs) لتحسين اكتشاف الأخطاء/تحمل الأخطاء. يتضمن ذلك (على سبيل المثال لا الحصر)، إضافة اكتشاف الأخطاء و/أو أكواد التصحيح (Hamming)، والمنطق الزائد لاكتشاف الأخطاء والتسامح مع الخطأ (مكرر/ثلاثي) وفحوصات الپروتوكول (تماثل الواجهة، محاذاة العنوان، عدد النبضات)
• التحقق من السلامة الوظيفية، تشغيل تخطيط خطأ، بما في ذلك إدخال أخطاء في التصميم والتحقق من أن آلية الأمان تتفاعل بطريقة مناسبة للأعطال التي تعتبر محجوبة.

تصميم PCB وتخطيط تصميم الموصل

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 الشركات

للمزيد من المعلومات: قائمة شركات أتمتة التصميم الإلكتروني

 الشركات القديمة

القيمة السوقية واسم الشركة اعتبارا من ديسمبر 2011:

• $5.77 مليار – سينوپسِس
• $4.46 مليار – كيدانس
• $2.33 مليار – منتور گرافكس
• 507 مليون دولار - ماگما لأتمتة التصميم; استحوذت سينوپسِس على ماگما في فبراير 2012
• NT$ 6.44 مليار - سپرنگ سوفت; استحوذت شركة سينوپسِس على سپرنگ سوفت في أغسطس 2012
• ¥11.95 مليار – شركة زوكن

ملاحظة: EEsof من المحتمل أن تكون في هذه القائمة، ولكن ليس لديها سقف سوقي كما هو الحال في EDA قسم شركة كي‌سايت.

 الاستحواذات

المقالة الرئيسية: قائمة شركات أتمتة التصميم الإلكتروني

تستحوذ العديد من شركات أتمتة التصميم الإلكتروني على شركات صغيرة بها برامج أو تقنيات أخرى يمكن تكييفها مع أعمالها الأساسية. معظم رؤوس السوق عبارة عن اندماج للعديد من الشركات الصغيرة وهذا الاتجاه يساعده ميل شركات البرمجيات إلى تصميم أدوات كملحقات تتلاءم بشكل طبيعي مع مجموعة برامج أكبر للتجار على الدوائر الرقمية; تتضمن العديد من الأدوات الجديدة التصميم التناظري والأنظمة المدمجة. يحدث هذا بسبب الاتجاه إلى وضع نظم إلكترونية كاملة على شريحة واحدة.

 انظر أيضاً

• تصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)
• تصميم الدوائر الكهربائية
• قاعدة بيانات أتمتة التصميم الإلكتروني
• خطوات تحقق (أتمتة التصميم الإلكتروني)
• مقارنة برمجيات أتمتة التصميم الإلكتروني
• تصميم على أساس منصة

 المراجع

ملاحظات

• http://www.staticfreesoft.com/documentsTextbook.html Computer Aids for VLSI Design by Steven M. Rubin
• VLSI Physical Design: From Graph Partitioning to Timing Closure, by Kahng, Lienig, Markov and Hu, DOI:10.1007/978-90-481-9591-6ISBN 978-90-481-9590-9, 2011
• Electronic Design Automation For Integrated Circuits Handbook, by Lavagno, Martin, and Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3, 2006
• The Electronic Design Automation Handbook, by Dirk Jansen et al., Kluwer Academic Publishers, ISBN 1-4020-7502-2, 2003, available also in German ISBN 3-446-21288-4 (2005)
• Combinatorial Algorithms for Integrated Circuit Layout, by Thomas Lengauer, ISBN 3-519-02110-2, Teubner Verlag, 1997.