موضوع مقاله: خودکارسازی طراحی الکترونیکی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # خودکارسازی طراحی الکترونیکی | مقدمه: خودکارسازی طراحی الکترونیکی (EDA) ، که به عنوان طراحی الکترونیکی به کمک رایانه (ECAD) نیز شناخته می‌شود، دسته ای از ابزارهای نرم‌افزاری برای طراحی سیستم‌های الکترونیکی مانند مدارهای مجتمع و بردهای مدار چاپی است. | ## بخش 1: خودکارسازی طراحی الکترونیکی | این ابزارها در یک جریان طراحی با یکدیگر کار می‌کنند که طراحان تراشه از آن برای طراحی و تجزیه و تحلیل کامل تراشه‌های نیمه هادی استفاده می‌کنند. از آنجا که یک تراشه نیمه هادی مدرن می‌تواند میلیاردها جزء داشته باشد، ابزارهای EDA برای طراحی آنها ضروری است. تاریخچه روزهای نخست پیش از توسعه EDA، مدارهای مجتمع به صورت دستی طراحی و تنظیم می‌شدند. برخی از فروشگاه‌های پیشرفته از نرم‌افزار هندسی برای تولید نوارهایی برای یک فتوپلاتر Gerber استفاده می‌کردند، که مسئول تولید یک عکس با نوردهی تک رنگ است، اما حتی آنها هم ضبط‌های دیجیتالی از اجزای ترسیم شده مکانیکی را کپی می‌کردند. این فرایند اساساً گرافیکی بود و تبدیل آن از الکترونیک به گرافیک به صورت دستی انجام می‌شد. در اواسط دهه ۱۹۷۰، توسعه دهندگان علاوه بر پیش نویس کردن، طراحی مدار را به صورت خودکار آغاز کردند و اولین ابزارهای قراردهی و مسیریابی توسعه یافتند. با وقوع این امر، مقالات کنفرانس اتوماسیون طراحی، اکثریت پیشرفت‌های آن زمان را دربرمی گرفت. دوره بعدی به دنبال انتشار "مقدمه ای بر سیستم‌های VLSI " توسط کارور مید و لین کانوی در سال ۱۹۸۰ آغاز شد. این متن پیشگامانه طرفدار طراحی تراشه با زبان‌های برنامه‌نویسی است که به سیلیکون وارد می‌شوند. نتیجه فوری افزایش قابل توجه پیچیدگی تراشه‌های قابل طراحی، با دسترسی بهتر به ابزارهای تأییدکننده طراحی که از شبیه‌سازی منطقی استفاده می‌کردند، بود. اغلب چیدمان تراشه‌ها ساده‌تر بود و احتمال عملکرد صحیح آنها بیشتر بود، زیرا امکان شبیه‌سازی دقیق تر طرح‌های آنها پیش از ساخت فراهم می‌شد. اگرچه زبانها و ابزارها تکامل یافته‌اند، اما این رویه کلی در تعیین رفتار مطلوب در یک زبان برنامه‌نویسی متنی و نیز اجازه دادن به ابزارها برای کسب طراحی فیزیکی دقیق، امروزه اساس طراحی IC دیجیتال است. یکی دیگر از تحولات تعیین‌کننده تشکیل MOSIS، کنسرسیومی از دانشگاه‌ها و تولیدکنندگان بود که با تولید مدارهای مجتمع واقعی راهی ارزان برای آموزش دانشجویان طراحی تراشه را ایجاد کرد. مفهوم بنیادی استفاده از فرایندهای آی سی مطمئن، کم هزینه و نسبتاً کم فناوری و بسته‌بندی تعداد زیادی پروژه در هر ویفر بود که چندین نسخه تراشه از هر پروژه حفظ شود. | ## بخش 2: خودکارسازی طراحی الکترونیکی | سازندگان همکاری یا ویفرهای فرآوری شده را اهدا می‌کردند یا آنها را با هزینه تمام شده می‌فروختند. برای سالها، شرکتهای الکترونیکی بزرگتر، مانند هیولت پاکارد، Tektronix و اینتل، از EDA را به نحوی درونی اتخاذ کرده بودند، مدیران و توسعه دهندگان شروع به خروج از این شرکتها کردند تا بر EDA به عنوان یک تجارت تمرکز کنند. در سال ۱۹۸۱، وزارت دفاع ایالات متحده علاوه بر این بودجه VHDL را به عنوان زبان توصیف سخت‌افزار آغاز کرد. باگذشت چند سال، بسیاری از شرکت‌ها در EDA مهارت داشتند که هریک تأکیدی اندکی متفاوت داشتند. شبیه‌سازها به سرعت این معرفی‌ها را دنبال کردند و اجازه شبیه‌سازی مستقیم تراشه‌ها و مشخصات اجرایی را صادر کردند. وضعیت فعلی جریانهای دیجیتال کنونی بسیار پیمانه ای هستند که قسمتهای جلویی آنها توصیفات استانداردی را تولید می‌کنند که در فراخوانی واحدهایی مشابه سلولها بدون در نظر گرفتن فناوری فردی آنها جمع می‌شوند. سلول‌ها ابه کمک استفاده از یک فناوری مدار مجتمع خاص، منطق یا سایر توابع الکترونیکی را پیاده‌سازی می‌کنند. سازندگان به‌طور کلی مجموعه ای از اجزا را برای فرایندهای تولید خود، با مدل‌های شبیه‌سازی متناسب با ابزارهای شبیه‌سازی استاندارد، فراهم می‌کنند. ابزارهای آنالوگ EDA به مراتب کمتر پیمانه ای هستند، از آنجا که توابع بیشتری لازم است، آنها با یکدیگر ارتباط بیشتری برقرار می‌کنند و اجزا به‌طور کلی، کمتر ایدئال هستند. اهمیت EDA برای الکترونیک با مقیاس گذاری پیوسته فناوری نیمه هادی به سرعت افزایش یافته‌است. برخی از کاربران اپراتورهای ریخته‌گری هستند که با استفاده از امکانات ساخت نیمه هادی ("fabs") و اشخاص دیگری که مسئول استفاده از شرکت‌های خدمات طراحی فناوری هستند و از نرم‌افزار EDA برای ارزیابی یک طرح ورودی برای آمادگی تولید استفاده می‌کنند. ابزارهای EDA همچنین برای برنامه‌نویسی کارایی طراحی در FPGA یا آرایه‌های دروازه قابل برنامه‌ریزی زمینه ای، طرح‌های مدار مجتمع قابل تنظیم استفاده می‌شوند. تمرکز نرم‌افزار طراحی جریان طراحی در درجه اول از طریق چندین مولفه اصلی و اولیه مشخص می‌شود؛ که شامل: پیوند سطح بالا (علاوه بر این به عنوان پیوند رفتاری الگوریتمی پیوند رفتاری شناخته می‌شود) – شرح طراحی سطح بالا (به عنوان مثال در C / C ++) به RTL یا سطح انتقال ثبات تبدیل می‌شود، مسئول نمایش مدارها از طریق استفاده از ارتباطات میان ثبات‌ها. شبیه‌سازی رفتاری - شبیه‌سازی سطح بالا از عملکرد معماری یک طرح، دقیق در سطح چرخه یا سطح رابط. | ## بخش 3: خودکارسازی طراحی الکترونیکی | شبیه‌سازی سخت‌افزار - استفاده از سخت‌افزار مخصوص برای تقلید نمودن از منطق طرح پیشنهاد شده. حل کننده‌های میدان الکترومغناطیسی، یا فقط حل کننده‌های میدان، معادلات ماکسول را مستقیماً برای موارد مورد نظر در طراحی IC و PCB حل می‌کنند. تأیید رسمی، همچنین بررسی مدل: تلاش می‌شود با روش‌های ریاضی ثابت شود که سیستم دارای ویژگی‌های مورد نظر خاصی است و برخی از اثرات نامطلوب (مانند بن‌بست)که نمی‌تواند رخ دهد. تجزیه و تحلیل زمان استاتیک: تجزیه و تحلیل زمان‌بندی مدار به روشی مستقل از ورودی، بنابراین یافتن بدترین حالت از همه ورودی‌های ممکن. تأیید فیزیکی، PV: بررسی اینکه آیا یک طرح از نظر فیزیکی قابل تولید است یا خیر، و اینکه تراشه‌های حاصل، نقص فیزیکی جلوگیری از عملکرد نخواهند داشت و مشخصات اصلی را خواهند داشت. اصلاح مجاورت نوری یا OPC - جبران جلو برای اثرات پراش و تداخل که بعداً هنگام تولید تراشه با استفاده از این ماسک رخ می‌دهد. تولید الگوی آزمون خودکار یا ATPG - تولید داده‌های الگو به‌طور سیستماتیک برای تمرین هرچه بیشتر دروازه‌های منطقی و سایر اجزای ممکن. ساخته شده در خودآزمایی یا BIST - نصب کنترل‌کننده‌های شامل خود برای آزمایش خودکار منطق یا حافظه) ساختار در طراحی ایمنی عملکرد تحلیل ایمنی عملکردی، محاسبه سیستماتیک شکست در نرخ زمان (FIT) و معیارهای پوشش تشخیصی برای طراحی‌ها به منظور تأمین الزامات انطباق برای یکپارچه شدن سطح ایمنی مورد نظر. با استفاده از پیوند ایمنی عملکردی، به عناصر ساختار یافته (ماژول‌ها، RAMها، ROMها، پرونده‌های ثبتی، FIFOها) پیشرفت‌های قابلیت اطمینان اضافه می‌شود تا تشخیص خطا / تحمل خطا را بهبود بخشد. این موارد شامل (محدود نمی‌شود)، اضافه شدن کدهای تشخیص خطا و / یا تصحیح (Hamming)، منطق اضافی برای شناسایی خطا و تحمل خطا (دوبرابر/ سه برابر) و بررسی پروتکل (جفت شدن رابط، تراز بندی آدرس، تعداد ضربان‌ها) تأیید ایمنی عملکرد، اجرای یک کمپین خطا، از جمله درج خطا در طراحی و تأیید اینکه مکانیسم ایمنی به روشی مناسب برای خطاهایی که پوشانده تلقی می‌شود، واکنش نشان می‌دهد. مالکیت بسیاری از شرکت‌های EDA شرکت‌های کوچک با نرم‌افزار یا دیگر فناوری‌ها را خریداری می‌کنند که می‌تواند با تجارت مرکزی آنها متناسب باشد. بیشتر رهبران بازار ادغام بسیاری از شرکت‌های کوچکتر هستند و این گرایش توسط شرکت‌های نرم‌افزاری به طراحی ابزارهایی به عنوان لوازم جانبی کمک می‌کند که به‌طور طبیعی با مجموعه برنامه‌های فروشنده بزرگتر روی مدارهای دیجیتال تناسب دارند. | ## جمع‌بندی | این اتفاق به دلیل گرایش به قرار دادن کل سیستم‌های الکترونیکی روی یک تراشه رخ می‌دهد.