浅谈EDA技术的发展趋势及面临的挑战

1 概述

EDA（Electronic Design Automation）是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成功的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计.EDA工具的出现，给电子系统设计带来了革命性的变化。随着INTEL公司PENTIUM处理器的推出，ALTERA、XILINX等公司几十万门乃至上百万门规模的FPGA的上市，以及大规模的芯片组和高速、高密度印刷电路板的应用，EDA工程在功能仿真、时序分析、集成电路自动测试、高速印刷电路板设计及操作平台的扩展等方面都面临着新的巨大的挑战，这些问题实际上也是新一代EDA技术未来发展的趋势。

2 EDA技术的发展趋势及面临的挑战

电子产业瞬息万变，随着新一代半导体工艺和设计方法的进步及新的应用领域和市场需求的变化，设计人员必须不断尝试新的EDA工具及解决方案。目前，EDA产业正面临一个关键的转折点，必须随着客户、电子及IC设计产业的需求而进行调整、改变与创新。

（1）EDA发展生存必须适应市场趋势，专注技术创新，保持领先地位。

随着半导体工艺迈入纳米时代及设计复杂度的快速提升，设计公司面临许多设计挑战，包括时序收敛、信号完整性、可制造性设计（DFM）及低功耗设计，设计公司被迫寻找新的EDA设计工具以提升生产率，进而应付当今市场的激烈竞争。先进的技术是EDA公司的生命线，必须持续投入内部研发，以创新想法及新颖技术配合半导体工艺及设计领域的要求开发最新的产品满足市场需求，今后EDA产品技术创新的重点将会在系统级验证及DFM两大领域。为了增加在系统及验证市场的竞争力，EDA工具主要供应商之一Cadence收购了提供系统验证解决方案的关键供应商vsity公司，通过其主要的VPA（验证过程自动化）产品，提供了一个在统一的多语言基础架构上进行模拟、加速、仿真的解决方案，可帮助客户显著提高产品质量和加快产品上市时间，目前许多国际领先厂商及新兴设计公司都已开始全面采用这种新的方式。根据Dataquest的资料显示，在65nm及90nrn以下的IC设计，产品的成品率是影响设计及最终产品竞争力的最大因素，DFM工具因而受到高度重视。

（2）一体化工具和IP是发展方向一体化的工具使用户受益于一个统一的用户界面，避免了在不同的工具间进行数据转换等繁琐的操作。目前，Synopsys和Cadence两大EDA工具供应商分别推出了集成众多工具在内的一体化设计工具，同时，也在分别推出各自的标准数据库，以进一步简化设计流程。

Galaxy平台是Synopsys近期推出的先进IC设计平台，整合了Synopsys公司的许多工具，覆盖了从设计编译、布局编译、物理编译、DFT编译以及硅片制造的全部流程，同时还在内部集成了向第三方开放的Milkyway数据库，将不同设计阶段中的数据、时序、计算以及种种约束条件协调起来。Galaxy平台可以直接面向90MM以及以下的设计，新的模拟和混合信号设计工具并将其集成到Galaxy平台中Synopsys已在提供模拟和混合信号的仿真和验证产品，目前正着重在模拟电路的实现上，并已有利用CAD工具进行模拟电路设计的能力。

IP的合理应用是加速产品设计流程的一个有效途径。按照美国EDA联盟2003年一季度的统计数据表明，IP产品的销售额是全球EAD工业中增加最快的一个领域，较2002年同期增加36%。应用是IP设计业中绝对的发展趋势，全球三大IP供应商是ARM，Rambus和Synopsys三家公司，重点开发了应用面广的PCI、USB等标准IP库。

（3）System Verilog将成为下一代的描述语言描述语言一直是EDA业中重要的一环VHDL和Verilog目前是中国的主流设计语言。然而，随着IC复杂度的不断提高，

从更高层次入手对系统进行描述是描述语言未来的发展方向。“System Verilog将最终取代VHDL。”这是Synopsys公司主席兼CEO Aart de Geus博士对描述语言发展方向上的预测，在进一步解释这一预测时，指出多年来IC设计中更关注的是仿真，而目前验证在IC的整个设计周期中已经占据了605甚至更多的时间，而System Verilog可以有效地支持上述两者的需求，同时System Verilog是与Verilog完全兼容的。“VHDL还会在很长时间内存在，但System Verilog将取代它，并为SystemC的发展铺平的发展铺平道路。”de Geus表示目前全球Verilog的增长率较VHDL要快，以前是各占半壁江山，而现在Verilog约占六成。

按照Synopsys中国区总经理潘建岳的分析，目前中国Verilog的用户占2/3而VHDL用户约占1/3。System Verilog是Verilog在增加了声明之后发展而来的。de Geus博士分别于1992年、1995年1997年、2000年等时段提出了关注设计复用、时序收敛、信号完整性和可制造性设计的前瞻性预言，呼吁业界重视这些问题，这些预测都相继在几年后得到了印证，相信他这次提出的System Verilog推论也会在未来几年内得到证实。

（4）ESL将撑起EDA产业复苏大旗电子系统级（ESL）设计工具有望回报给EDA产业两位数的增长，但仍然还存在重大的挑战。市场研究公司Gartner Dataquest的两位分析师Gary smith和Daya Nadamuni日前在美国加州举行的设计自动化研讨会上如是表示。smith称，两人相当于“一个扮红脸，一个扮白脸”，而他就是那个扮白脸的人，他要做的就是对EDA产业进行“事实审视”。smith声称，EDA商业模式一直是外包模式，“客户其实并不在乎你（EDA供应商）为设计流程带来多大的价值。”

此外，他还表示，当今EDA工具的价值由于“不可思议的愚蠢价格战”被低估。他指出2001年购买半数EDA工具的主流EDA用户正放弃IC物理设计，留给ASIC供应商或顾问公司。这些设计师更愿意在电子系统级（ESL）展开工作，并在寄存器传输级（RTL）行设计。Nadamuni认为，软件挑战是ESL身后的关键推动力。多处理器系统级芯片必须并行编程，ESL的目标是单一高级别模型的协同软硬件设计。Nadamuni预计，未来几年全球ESL工具营收将显著增长，将从如今的2亿美元增加至2009年时的16亿美元。三种主要的ESL方法学，分别围绕算法、处理器与存储器制逻辑，它们均包含行为级与架构级设计。分别面向不同的工具供应商。

（5）Linux提速进入EDA领域

随着EDA技术在全球范围内的飞速发展，业界都在翘首以待基于linux环境的EDA技术成为电路设计领域的主流。2004年3月9日，惠普中国有限公司主办的主题为“linux环境与EDA技术应用研讨会”2004HP亚太地区巡回展在北京举行，在会议中，HP负责EDA技术的相关人员介绍了当今最新的EDA技术发展情况，同时，与HP在此领域一直以来密切合作的软件厂商如Synopsys、Cadeence以及Mentor Gerphics等公司也展示了各自的解决方案。“Linux操作系统不仅仅在EDA领域发展迅速，其在全球其他行业的应用也将是前景光明。”HP全球EDA部经理Norm Rrini给予了Linux很高的评价。Norm Rrini在会上指出Linux之所以将大有可为的原因：首先，由于Linux费用很低，源代码开放，这使得EDA软件的前期开发费用很低，而且运行维护的成本也很低，同时大大方便了工程师的设计工作。而Linux工作站的费用也要比Unix工作站便宜很多。此外Linux的成本大约是Unix的1/5--1/10但是效能并不比Unix差，甚至运行速度要更快一些。现在业界普遍的看法就是预计在未来的5年内Linux成为EDA的主角。可以预见Linux的普及只是时间问题。

3 我国EDA技术的出路

（1）中国IC设计公司任重道远近年来我国的半导体市场发展突飞猛进“政府积极扶植EDA产业，加大招商引资力度，大力建设EDA制造业基地，国务院颁布的软件产业和集成电路产业发展的若干政策从政策上为EDA的发展营造了良好的外部环境，同时世界领先的一些供应商也看好中国市场的潜在优势，向中国出口先进的设计工具，但具备了工具只是解决了设计手段，而中国的设计师在EDA的总体应用能力方面与世界发达国家相比还存在一定的差距，突出表现为专业人才紧缺，缺乏成熟化的整合性集成设计环境，供应商技术服务支持不够，中国EDA技术的现在和未来都应重视设计方法、工具和设计语言等方面的问题，从整体上看，中国市场对设计工具的需求已越来越与国际接轨，但是尽管中国EDA设计领域中前端的设计相对成熟，但后端例如从网表到C++等的设计却面临着更大的挑战。无论是EDA的使用还是EDA工具本身，我国与先进国家相比都有很大差距。EDA标准化工作在我国刚刚起步，我国有庞大的市场需求和快的增长速度，同时还有后发优势，这是我国EDA发展的楔机。在EDA标准化方面，目前主要应采用国际和国外先进标准，一方面引进和转化适用的标准，更重要的是加强转化后标准的宣传和推广，通过标准化工作促进我国EDA及集成电路产业的发展。

（2）我国如何应对EDA技术的挑战

a.充分发挥EDA仿真技术在教学中的应用，培养更多适应新技术要求的人才。

人才需求的变化。技术的发展之快更是需要教育工作者有着人才培养的超前意识。这一意识必须是科学的、崭新的、快速的、甚至是跳跃的。特别是人才的培养需要有掌握新技术的专业教师，还要有新技术的设备才能满足人才培养的要求。新技术、新设备的大量投入可能会影响到进入人才市场最前沿的机遇。这就需要我们思维创新，教学手段创新。作者认为学校实验教学就应该以EDA仿真技术为突破口，引入计算机辅助教学手段，从而加快高素质人才培养的速度，建立雄厚的EDA技术人才基础。

b.以半导体的研究创新促进EDA技术发展

半导体工艺技术在过去5年中正以飞快的速度发展。硅的生产率每18个就会增加，而设计生产率仍旧严重滞后。自从半导体行业步入0.13μm时代以来，集成电路设计所面临的挑战已被多次提及，范围包括了数字和模拟电路领域。相关的内容包括K功率管理，功能验证，漏电流，对于超过1.5亿个晶体管的复杂设计管理，还有0.13μm以下的混合信号和数字设计等等。过去那些令人生畏的巨大挑战总会被解决。所以说没有人会怀疑半导体技术会适时而及时地找出解决所面临的挑战方案，来击败ITRS的预言。但是，为了在设计效率和设计技术有效上取得长足进步和避免成本重复，EDA产业应该支持相应的一整套标准，如设计工具的全球战略、可制造性设计、统计设计方法、低功率设计和系统级确认等。

c.开发实用性更强的EDA软件

在EDA软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有ASIC计工具，但不对外开放。中国华大集成电路设计中心，也提供IC设计软件，但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的功能强大、界面友好、使用方便的设计工具在各地开花并结果。

d.外设技术与EDA工程相结合

外设技术与EDA工程相结合的市场前景看好，如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所发展。中国自1995年以来加速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设计活动以应对亚太地区其它EDA市场的竞争。在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计，计算机辅助工程，算机辅助工艺，计算机辅助制造，产品数据管理，制造资源计划，及企业资源管理，等。有条件的企业可开展“网络制造”，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。开展“数控”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。在ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方面发展。

4 结语

EDA技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。EDA技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业，EDA水平也在不断提高，设计工具趋于完美的地步，EDA市场日趋成熟，但我国的研发水平仍很有限，尚需迎头赶上。
       责任编辑：tzh