电子设计自动化

用于集成电路版图设计等的技术
电子设计自动化(英语:Electronic design automation,缩写:EDA)是指利用计算机辅助设计(CAD)软件,来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片的功能设计、综合、验证、物理设计等流程的设计方式。[1][2]
与传统CAD相比,EDA采用自顶向下的设计方法,EDA软件也具备与之相适应的设计环境,例如采用高级硬件描述语言、丰富的库支持和与工艺无关的设计输入方式等;EDA设计工具依靠标准的程序化模型或模型库的支持,使所设计的电路具有仿真和进行各种分析的基本条件,且具有重复利用的功能,产生IP核或IP芯核,而传统的CAD软件只是一种辅助作图工具,图形背后没有深层的物理含义。[2]利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。[3]EDA是芯片IC设计中不可或缺的重要部分,属于芯片制造的上游产业,涵盖集成电路设计、布线、验证和仿真等所有流程,EDA也被行业内称为“芯片之母”;截止2022年,全球的EDA软件主要由Cadence、Synopsys、Mentor三家美国企业垄断,三巨头牢牢占据了全球超过70%的市场份额,能够提供完整的EDA工具,覆盖集成电路设计与制造全流程或大部分流程。[4]
设计自动化研讨会于1970年代中期被创立,旨在促进电子设计自动化的发展;电子设计自动化发展的下一个重要阶段以卡弗尔·米德(Carver Mead)和琳·康维于1980年发表的论文《超大规模集成电路系统导论》(Introduction to VLSI Systems)为标志,该论文提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想;从1981年开始,电子设计自动化逐渐开始商业化,在1984年的设计自动化会议(Design Automation Conference)上举办了第一个以电子设计自动化为主题的销售展览。[1]2020年,中国芯片市场的需求规模高达1434亿美元;其中,中国内地所有芯片制造企业(包括外资厂)能够供给的产能价值227亿美元,自给率15.9%;2022年8月13日,美国宣布对先进芯片EDA工具等四项技术进行出口管制,此事件被解读为“芯片法案”以来,美国对中国芯片产业的又一次打压,实施新的出口管控的核心目的是从原材料及工艺层面对我国芯片产业远期发展进行封锁。[4]

历史与发展

在电子设计自动化出现之前,设计人员必须手工完成集成电路的设计、布线等工作,这是因为当时所谓集成电路的复杂程度远不及现在。工业界开始使用几何学方法来制造用于电路光绘(photoplotter)的胶带。到了1970年代中期,开发人应尝试将整个设计过程自动化,而不仅仅满足于自动完成掩膜草图。第一个电路布局、布线工具研发成功。设计自动化会议(Design Automation Conference)在这一时期被创立,旨在促进电子设计自动化的发展。