De acordo com The World Semiconductor Trade Statistics (WSTS) – uma organização sem fins lucrativos de empresas de produtos semicondutores e fonte de estatísticas da indústria – o mercado de automação de design eletrônico (EDA) foi avaliado em US$ 11,57 bilhões em 2020 e deverá atingir US$ 21,36 bilhões até 2026. .
EDA refere-se ao uso de ferramentas e serviços auxiliados por computador para projeto, fabricação, verificação e testes de desempenho de sistemas eletrônicos altamente complexos – incluindo chips semicondutores, placas de circuito impresso, módulos multichip e microprocessadores.
Curiosamente, o WSTS descobriu que o mercado de semicondutores de circuitos integrados (CI) valia 347,63 mil milhões de dólares em 2020, e esse número deverá aumentar.
As ferramentas EDA garantem chips eletrônicos e placas de circuito confiáveis, eficientes e (frequentemente) reutilizáveis com desempenho garantido. Neste artigo, exploraremos a importância da automação de projetos eletrônicos e revisaremos as ferramentas EDA mais populares entre os engenheiros.
O que é EDA?
A EDA envolve uma categoria específica de hardware, software, processos e serviços que utilizam design relacionado a computadores para desenvolver sistemas eletrônicos sofisticados e altamente complexos. Conforme mencionado, estes incluem circuitos integrados, placas de circuito impresso, módulos multichip e microprocessadores.
As ferramentas EDA são úteis para automatizar, padronizar e verificar projetos de semicondutores e placas de circuito. As ferramentas tornaram-se essenciais devido aos chips e circuitos avançados e intrincados de hoje. O uso de ferramentas auxiliadas por computador também apoia o desenvolvimento de projetos reutilizáveis, levando a uma fabricação mais rápida de CIs e placas de circuito impresso.
Embora as empresas de semicondutores produzam circuitos integrados, a indústria EDA desempenha um papel crítico nesta produção. As ferramentas EDA estão envolvidas de três maneiras principais. Eles estão acostumados a:
1. Projete e valide circuitos de chips para garantir a densidade desejada sem comprometer o desempenho. Sem essas ferramentas, provavelmente seria impossível alcançar os designs ideais de semicondutores que vemos hoje. Normalmente, esta categoria de design de ferramenta é chamada de Technology Computer-Aided Designs (TCAD).
2. Verifique os projetos, garantindo que atendam aos requisitos de fabricação. As menores discrepâncias nos projetos de semicondutores podem potencialmente levar a falhas ou mau funcionamento significativo do chip. Essas ferramentas são consideradas Design For Manufacturability (DFM). As ferramentas DFM referem-se especificamente à fabricação de designs de IC confiáveis e reutilizáveis com alta densidade de empacotamento.
3. Monitorar o desempenho de projetos de semicondutores ao longo de seu ciclo de vida. Diferentes ferramentas avaliam os projetos dependendo do estágio de produção, desde a pós-fabricação até a implantação final. Essas ferramentas EDA são categorizadas como Silicon Lifecycle Management (SLM).
Cada ferramenta EDA envolvida na fabricação de IC se enquadra em uma das três categorias: TCAD, DFM ou SLM.
Para placas de circuito, as ferramentas EDA são usadas para projetos de layout com suporte de computador e controle de automação para fabricação de PCB. Uma área um pouco mais recente de uso de ferramentas é a Propriedade Intelectual (PI) de Semicondutores.
O Semiconductor IP fornece circuitos pré-projetados que podem ser integrados como estão em diversas aplicações. Este segmento concentra-se em projetos de semicondutores que podem ser frequentemente reutilizados e facilmente adaptados para diversos casos de uso. Isto proporciona um rápido desenvolvimento e atualização de sistemas eletrônicos.
Por que a EDA é importante?
A integração em escala muito grande (VLSI) e a integração em escala ultra grande (ULSI) tornaram-se as normas da indústria de semicondutores. Com níveis tão elevados de densidade de empacotamento – em que milhões de transistores, diodos e componentes são integrados em um pequeno chip – uma pequena falha pode levar à disfunção completa.
As ferramentas EDA permitem que os desenvolvedores projetem, simulem, modelem, validem, verifiquem e analisem projetos de circuitos para detectar possíveis problemas antes da produção. Eles também permitem a manutenção e a reutilização de projetos para que possam ser facilmente adaptados a outras aplicações (como o Semiconductor IP). Além disso, as ferramentas contribuem para projetos aprimorados ao longo do tempo.
No futuro, espere designs mais densos e com maiores complexidades, o que significa que as ferramentas EDA se tornarão ainda mais evoluídas e utilizadas nas indústrias de semicondutores e PCB.
Aplicativos EDA
EDA é uma indústria de software que trabalha em estreita colaboração com fabricantes de semicondutores e PCB. As indústrias que utilizam sistemas embarcados, mecatrônica e fotônica também dependem fortemente de ferramentas EDA. Essas ferramentas são amplamente utilizadas por usuários de tecnologia vertical, como aeroespacial, automotivo, biomédico, telecomunicações, segurança cibernética, aprendizado de máquina, computação em nuvem, consumidor, computação de ponta, internet das coisas e automação.
Essencialmente, as ferramentas EDA tornaram-se essenciais para o desenvolvimento, automação e teste de projetos de sistemas eletrônicos, sejam esses sistemas chips semicondutores, módulos multichip ou placas de circuito impresso.
Como funciona a EDA
As ferramentas EDA são parte integrante da infra-estrutura de concepção e desenvolvimento de sistemas electrónicos. Eles normalmente são usados para:
Simulação: As ferramentas de simulação fornecem uma descrição de um circuito proposto e prevêem seu comportamento antes da implementação. A descrição é feita com a ajuda de uma linguagem de descrição de hardware padrão, como VHDL ou Verilog.
As ferramentas de simulação modelam o comportamento do circuito de componentes individuais em diferentes condições e prevêem como eles se comportariam quando integrados a um circuito. Com base na operação dos componentes, essas ferramentas prevêem o funcionamento geral do projeto do circuito enquanto detectam possíveis falhas.
Para projetos muito compactados, como processadores gráficos ou NPUs, as ferramentas de simulação também podem exigir assistência de hardware. Essas ferramentas são úteis para simulação lógica, simulação em nível de transistor, tecnologia CAD e emulação de hardware.
Projeto: As ferramentas de projeto introduzem a função do circuito proposta, apoiando sua implementação através da montagem dos componentes do circuito. Essas ferramentas são úteis para automatizar a produção de circuitos e validar os projetos antes da produção. Eles normalmente interconectam elementos nos níveis lógico e físico.
A interconexão dos elementos do circuito no nível lógico é uma síntese lógica. Isto pode envolver síntese de alto nível onde o HDL é convertido para o nível de transferência de registro.
Além disso, ferramentas de design são usadas para o layout físico ou localização real e rota dos componentes em um wafer de silício ou placa de circuito. Eles também podem fornecer layouts personalizados usando um processo interativo com o projetista do circuito.
Análise e verificação: As ferramentas de verificação examinam os projetos no nível lógico ou físico para encontrar falhas e garantir o desempenho. Essas ferramentas podem ser usadas para verificação física, verificação de modelo, verificação funcional, verificação de equivalência, análise de tempo estático e verificação de CDC.
Devido à complexidade dos projetos VLSI, a verificação geralmente envolve dezenas de milhares de regras.
- Durante a verificação física, as geometrias interligadas são examinadas para garantir que sejam colocadas de acordo com os requisitos de fabricação da fundição.
- Durante a verificação funcional, a simulação compara o que é esperado com o comportamento real do projeto do circuito.
- Durante a verificação de equivalência, o comportamento de um projeto de circuito é verificado algoritmicamente sem qualquer simulação de entrada.
As ferramentas EDA também são usadas para preparação de dados de máscara durante a fabricação de chips semicondutores e análise de segurança funcional pós-produção.
A função das ferramentas EDA é significativa porque elas estão envolvidas em todo o ciclo de vida de um chip ou circuito, desde o planejamento, projeto, implementação, fabricação e teste.
Principais ferramentas de EDA
Algumas das principais ferramentas EDA usadas no design e fabricação de PCB incluem Eagle, KiCAD, Multisim, LibrePCB, gEDA, Fritzing, Pulsonic, Altium, OrCAD, Upverter, EasyEDA, Pathwave Advanced Design System, Pcb-rnd, QUCS, Electric e Xcircuit .
Algumas das principais ferramentas EDA usadas no design e desenvolvimento de chips incluem Primetime, Innovus, Caliber, Pathwave, Magic, IDesignSpec, IVerifySpec, Active-HDL, Visula, Electric VLSI Design System, Xilinx Vivado, SmartSim e Verilator.
