Os designs de chips são a base da indústria eletrônica. Microprocessadores, microcontroladores, circuitos integrados (ICs), ICs específicos de aplicações e funções de memória operam a partir desta base.
Os CIs atuais são uma interconexão complexa de milhões e bilhões de transistores. Junto com um conhecimento básico de dispositivos e circuitos eletrônicos, aqueles interessados ou que procuram uma carreira em design de circuitos também devem estar familiarizados com uma ferramenta de Automação de Projeto Eletrônico (EDA) para VLSI.
Os circuitos analógicos e digitais são os dois principais tipos de circuitos eletrônicos com diferentes fluxos de design. Ambos começam com conceitos semelhantes, mas mudam rapidamente à medida que avançam. Analog Mixed Signal é outra opção que mescla analógico e digital, oferecendo um conceito de design avançado para engenheiros VLSI de qualquer fluxo.
O design do chip usa uma linguagem de programação, Linguagem de Descrição de Hardware (HDL). Verilog, VHDL e SystemVerilog são as linguagens HDL mais populares. Aqueles familiarizados com linguagens de programação de computador – como C/C++, Matlab/Simulink, Embedded C ou Python – provavelmente aprenderão HDL com facilidade.
No entanto, aqueles que são novos em programação podem aprender HDL do zero, selecionando qualquer uma das opções disponíveis. Além disso, C++ ou Python são necessários para entender os scripts. As ferramentas EDA são necessárias para projetar, testar e verificar circuitos. Existe software de código aberto e licenciado para design VLSI. Estudantes ou iniciantes podem começar com ferramentas de código aberto.
Neste artigo, exploraremos algumas das principais ferramentas EDA para design de VLSI. Algumas dessas ferramentas são de código aberto e podem ser baixadas gratuitamente. Outros são os padrões da indústria para engenharia VLSI.
Aliança/ Coriolis (código aberto) – um conjunto de ferramentas completo para design VLSI, oferecendo todas as ferramentas e bibliotecas CAD do conjunto para uso gratuito, enquadradas na Licença Pública Geral GNU (GPL). Isso exceto o Hurricane, que está sob os drivers do analisador LGPL e Si2 LEF/DEF que estão sob a licença Apache, versão 2.0.
O conjunto de ferramentas inclui um compilador VHDL, simulador, ferramenta de síntese lógica, ferramentas automáticas de localização e rota e uma biblioteca CMOS portátil. Os pacotes binários para instalação do Alliance estão disponíveis para Ubuntu LTS, Mac OS X, Fedora, RedHat Enterprise Linux 6 (RHEL6) e clones RHEL como CentOS6 e Scientific Linux 6. Para outros sistemas operacionais, o pacote pode ser reconstruído a partir da fonte.
O conjunto de ferramentas mais recente inclui alternativas atualizadas, como Yosys para síntese lógica e GHDL para simulação. As ferramentas da Alliance são apenas digitais, apenas analógicas ou mistas. Como uma ferramenta de código aberto e um conjunto de ferramentas completo para design de VLSI, é excelente para iniciantes. Os binários, código-fonte, bibliotecas de células e documentação da Alliance estão disponíveis gratuitamente.
Sinopse – fornecedora líder de serviços EDA, a Synopsis fornece ferramentas VLSI para síntese lógica, simuladores (VHDL, Verilog e SystemVerilog), ferramentas automáticas de localização e rota, síntese comportamental, análise de temporização estática, simulação de circuito em nível de transistor e verificação de formato. Essas ferramentas são executadas em sistemas operacionais semelhantes ao UNIX e exigem uma licença. Eles podem ser adquiridos em synopsys.com e ativados online para uma ou várias estações de trabalho.
A Synopsys também oferece ferramentas para design, verificação, engenharia de silício e gerenciamento do ciclo de vida do silício.
Cadência – um fornecedor de ferramentas EDA e IP de semicondutores com diversas opções para projeto, síntese, simulação, layout, verificação DRC, verificação LVS e verificação de capacitância parasita. Algumas das principais ferramentas usadas para design, simulação e layout de VLSI incluem ICMS, Composer, Analog Artist, cdsSPICE, Spectre, Virtuoso e DFII. Todas essas são ferramentas licenciadas disponíveis para compra na Cadence.
Xilinx – as ferramentas EDA da Xilinx usam seus próprios chips. Xilinx Vivado Design Suite é o atual conjunto de ferramentas EDA para síntese, simulação e layout de alto nível. O Vivado Design Suite inclui Vivado High-Level Synthesis, Vivado Simulator, Vivado IP Integrator e Vivado TCL Store. Essas ferramentas licenciadas oferecem suporte ao design dos produtos FPGA da série 7 da Xilinx. Xilinx ISE foi descontinuado em 2013 e não é mais compatível.
SiemensEDA – anteriormente Mentor Graphics, a Siemens EDA fornece diversas ferramentas para projeto, simulação e verificação de IC. As principais ferramentas para engenharia VLSI incluem Catapult para síntese de alto nível, Precision para síntese FPGA, Oasys-RTL para síntese lógica, Caliber Design Solutions para verificação e otimização DFM, Aprisa para implementação de IC digital, IC personalizado para design de IC personalizado (como fotônica e MEMS), PowerPro para otimização de baixo consumo de energia, Tessent Silicon Lifecycle Solutions para testes e gerenciamento do ciclo de vida do silício e mPower para análise de integridade de energia. Todas essas ferramentas são licenciadas.
Silvaco – um dos principais fornecedores de EDA, tecnologia CAD e IP de semicondutores. As soluções de software TCAD da Silvaco são um conjunto completo de ferramentas, que inclui Victory Atomistic para simulação de nanoestrutura, Victory Device para simulação de dispositivos, Victory Process para simulação de processos, Victory Mesh para malhas e modelagem sólida, Hipex para extração parasítica RC baseada em regras de chip completo, Victory RCx Pro para RC Extractor para estruturas 3D realistas, VWF (Virtual Wafer Fab) e ferramentas interativas para pré e pós-processamento.
A Silvaco também oferece um ambiente completo de análise, layout e design de circuitos RF analógicos, de sinais mistos, orientados por esquemáticos.
Elétrico (código aberto) – uma ferramenta EDA baseada em Java para design e layout VLSI usando VHDL e Verilog. Está disponível como um projeto GNU e pode ser usado para síntese e análise, incluindo síntese lógica, roteamento, layout e esquemas, simulação e verificação de regras de design. Infelizmente, o software não tem mais suporte ativo, mas correções de bugs estão disponíveis. Vale a pena tentar Electric para aqueles interessados em uma abordagem de design diferente das ferramentas VLSI típicas.
Clareira – uma alternativa gratuita ao Cadence, Glade é um editor de esquema e layout de IC. Ele oferece DRC, extração e LVS integrados, permitindo o design e verificação de esquemas e layouts em um único IDE. O Glade pode ser estendido usando scripts Python e encapsulamento SWIG de funções C++. Junto com Linux, Mac OS X e outros sistemas semelhantes ao UNIX, ele também pode ser baixado para Windows. A interface de usuário e a operação do software são semelhantes ao Cadence.
