Según The World Semiconductor Trade Statistics (WSTS), una organización sin fines de lucro de empresas de productos semiconductores y fuente de estadísticas de la industria, el mercado de automatización del diseño electrónico (EDA) fue valorado en 11,57 mil millones de dólares en 2020 y se espera que alcance los 21,36 mil millones de dólares. para 2026. .
EDA se refiere al uso de herramientas y servicios asistidos por computadora para el diseño, fabricación, verificación y pruebas de rendimiento de sistemas electrónicos altamente complejos, incluidos chips semiconductores, placas de circuito impreso, módulos multichip y microprocesadores.
Curiosamente, WSTS descubrió que el mercado de semiconductores de circuitos integrados (CI) valía 347,63 mil millones de dólares en 2020, y se espera que esa cifra aumente.
Las herramientas EDA garantizan chips y placas de circuitos electrónicos confiables, eficientes y (a menudo) reutilizables con un rendimiento garantizado. En este artículo, exploraremos la importancia de la automatización del diseño electrónico y revisaremos las herramientas EDA más populares entre los ingenieros.
¿Qué es la EDA?
EDA involucra una categoría específica de hardware, software, procesos y servicios que utilizan diseños relacionados con la computadora para desarrollar sistemas electrónicos sofisticados y altamente complejos. Como se mencionó, estos incluyen circuitos integrados, placas de circuito impreso, módulos multichip y microprocesadores.
Las herramientas EDA son útiles para automatizar, estandarizar y verificar diseños de placas de circuitos y semiconductores. Las herramientas se han vuelto esenciales debido a los complejos y avanzados chips y circuitos actuales. El uso de herramientas asistidas por computadora también respalda el desarrollo de diseños reutilizables, lo que conduce a una fabricación más rápida de circuitos integrados y placas de circuito impreso.
Aunque las empresas de semiconductores producen circuitos integrados, la industria EDA desempeña un papel fundamental en esta producción. Las herramientas EDA participan de tres formas principales. Están acostumbrados a:
1. Diseñar y validar circuitos de chips para garantizar la densidad deseada sin comprometer el rendimiento. Sin estas herramientas, probablemente sería imposible lograr los diseños de semiconductores ideales que vemos hoy. Normalmente, esta categoría de diseño de herramientas se denomina diseños tecnológicos asistidos por computadora (TCAD).
2. Verificar los diseños, asegurándose de que cumplan con los requisitos de fabricación. Las discrepancias más pequeñas en los diseños de semiconductores pueden provocar fallos o mal funcionamiento importantes en los chips. Estas herramientas se consideran Diseño para Manufacturabilidad (DFM). Las herramientas DFM se refieren específicamente a la fabricación de diseños de circuitos integrados confiables y reutilizables con alta densidad de empaque.
3. Monitorear el desempeño de los proyectos de semiconductores a lo largo de su ciclo de vida. Diferentes herramientas evalúan los proyectos en función de la etapa de producción, desde la posfabricación hasta el despliegue final. Estas herramientas EDA se clasifican como Silicon Lifecycle Management (SLM).
Cada herramienta EDA involucrada en la fabricación de circuitos integrados se divide en una de tres categorías: TCAD, DFM o SLM.
Para las placas de circuito, las herramientas EDA se utilizan para el diseño de diseño asistido por computadora y el control de automatización para la fabricación de PCB. Un área de uso de herramientas un poco más reciente es la propiedad intelectual (IP) de semiconductores.
Semiconductor IP proporciona circuitos prediseñados que se pueden integrar tal cual en una variedad de aplicaciones. Este segmento se centra en diseños de semiconductores que pueden reutilizarse con frecuencia y adaptarse fácilmente a diversos casos de uso. Esto proporciona un rápido desarrollo y actualización de los sistemas electrónicos.
¿Por qué es importante la AED?
La integración a muy gran escala (VLSI) y la integración a ultra gran escala (ULSI) se han convertido en los estándares de la industria de semiconductores. Con niveles tan altos de densidad de empaquetado –donde millones de transistores, diodos y componentes están integrados en un pequeño chip– una pequeña falla puede conducir a una disfunción total.
Las herramientas EDA permiten a los desarrolladores diseñar, simular, modelar, validar, verificar y analizar diseños de circuitos para detectar problemas potenciales antes de la producción. También permiten el mantenimiento y la reutilización de diseños para que puedan adaptarse fácilmente a otras aplicaciones (como Semiconductor IP). Además, las herramientas contribuyen a mejorar los proyectos a lo largo del tiempo.
En el futuro, se esperan diseños más densos y con mayores complejidades, lo que significa que las herramientas EDA evolucionarán aún más y se utilizarán en las industrias de semiconductores y PCB.
Aplicaciones EDA
EDA es una industria de software que trabaja en estrecha colaboración con fabricantes de semiconductores y PCB. Las industrias que utilizan sistemas integrados, mecatrónica y fotónica también dependen en gran medida de las herramientas EDA. Estas herramientas son ampliamente utilizadas por usuarios de sectores tecnológicos como el aeroespacial, automotriz, biomédico, telecomunicaciones, ciberseguridad, aprendizaje automático, computación en la nube, consumo, computación de punta, Internet de las cosas y automatización.
Esencialmente, las herramientas EDA se han vuelto esenciales para el desarrollo, automatización y prueba de diseños de sistemas electrónicos, ya sean chips semiconductores, módulos multichip o placas de circuito impreso.
Cómo funciona EDA
Las herramientas EDA son una parte integral de la infraestructura para el diseño y desarrollo de sistemas electrónicos. Normalmente se utilizan para:
Simulación: las herramientas de simulación proporcionan una descripción de un circuito propuesto y predicen su comportamiento antes de su implementación. La descripción se realiza con la ayuda de un lenguaje de descripción de hardware estándar como VHDL o Verilog.
Las herramientas de simulación modelan el comportamiento del circuito de componentes individuales en diferentes condiciones y predicen cómo se comportarían cuando se integraran en un circuito. Basándose en el funcionamiento de los componentes, estas herramientas predicen el funcionamiento general del diseño del circuito al tiempo que detectan posibles fallos.
Para diseños muy comprimidos, como procesadores gráficos o NPU, las herramientas de simulación también pueden requerir asistencia de hardware. Estas herramientas son útiles para simulación lógica, simulación a nivel de transistor, tecnología CAD y emulación de hardware.
Diseño: Las herramientas de diseño introducen la función del circuito propuesto y respaldan su implementación mediante el ensamblaje de los componentes del circuito. Estas herramientas son útiles para automatizar la producción de circuitos y validar diseños antes de la producción. Por lo general, interconectan elementos en los niveles lógico y físico.
La interconexión de elementos de circuito a nivel lógico es una síntesis lógica. Esto puede implicar una síntesis de alto nivel donde HDL se convierte al nivel de transferencia de registro.
Además, las herramientas de diseño se utilizan para el diseño físico o la ubicación real y el enrutamiento de componentes en una oblea de silicio o placa de circuito. También pueden proporcionar diseños personalizados mediante un proceso iterativo con el diseñador de circuitos.
Análisis y verificación: las herramientas de verificación examinan los diseños a nivel lógico o físico para encontrar fallas y garantizar el rendimiento. Estas herramientas se pueden utilizar para verificación física, verificación de modelos, verificación funcional, verificación de equivalencia, análisis de tiempo estático y verificación CDC.
Debido a la complejidad de los diseños VLSI, la verificación suele implicar decenas de miles de reglas.
- Durante la verificación física, se examinan las geometrías entrelazadas para garantizar que estén colocadas de acuerdo con los requisitos de fabricación de la fundición.
- Durante la verificación funcional, la simulación compara lo esperado con el comportamiento real del diseño del circuito.
- Durante la verificación de equivalencia, el comportamiento de un diseño de circuito se verifica algorítmicamente sin ninguna simulación de entrada.
Las herramientas EDA también se utilizan para la preparación de datos de máscaras durante la fabricación de chips semiconductores y el análisis de seguridad funcional de posproducción.
El papel de las herramientas EDA es importante porque participan en todo el ciclo de vida de un chip o circuito, desde la planificación, el diseño, la implementación, la fabricación y las pruebas.
Principales herramientas EDA
Algunas de las principales herramientas EDA utilizadas en el diseño y fabricación de PCB incluyen Eagle, KiCAD, Multisim, LibrePCB, gEDA, Fritzing, Pulsonic, Altium, OrCAD, Upverter, EasyEDA, Pathwave Advanced Design System, Pcb-rnd, QUCS, Electric y Xcircuit. .
Algunas de las principales herramientas EDA utilizadas en el diseño y desarrollo de chips incluyen Primetime, Innovus, Caliber, Pathwave, Magic, IDesignSpec, IVerifySpec, Active-HDL, Visula, Electric VLSI Design System, Xilinx Vivado, SmartSim y Verilator.
