1、2022-3-231 數字系統數字系統EDA與與ASIC技術技術 2022-3-232 第一章第一章 概述概述1 1. .EDAEDA技術及其發展技術及其發展2.EDA2.EDA技術的基本特征技術的基本特征3.3.基于基于EDAEDA平臺的系統設計流程平臺的系統設計流程 4.4.常用常用EDAEDA工具工具 5.5.專用集成電路（專用集成電路（ASICASIC）設計的發展趨勢）設計的發展趨勢 6.6.我國發展集成電路設計的若干措施我國發展集成電路設計的若干措施 7.7.課程課程內容與內容與實施方案實施方案 2022-3-233 一一 EDAEDA技術及其發展技術及其發展系統設計流程 2022-

2、3-234 EDA(Electronic Design Automation)EDA(Electronic Design Automation)： 指以計算機為工作平臺，融合電子技術、 計算機技術、智能化技術而研制成的CAD軟 件包。 功能：功能： 輔助電子系統分析與設計,PCB設計和IC設計。 2022-3-235 EDAEDA技術的發展技術的發展 （三個階段） 2022-3-236 七十年代為七十年代為CADCAD（計算機輔助設計）階段（計算機輔助設計）階段 用計算機輔助進行IC版圖編輯、PCB布局布線，取代了手工畫圖。 八十年代為八十年代為CAECAE（計算機輔助工程）階段（計算機輔助工

3、程）階段 支持電路功能設計和結構設計，通過電路網表將兩者結合在一起，實現了工程設計。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局布線，PCB后分析。 九十年代為九十年代為ESDAESDA（電子系統設計自動化）階段階段2022-3-237二二 ESDAESDA技術的基本特征技術的基本特征（1 1）支持支持“自頂向下自頂向下”的設計方法的設計方法 這種設計方法首先從系統設計人手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用硬件描述語言對高層次的系統行為進行描述，在系統一級進行驗證。然后，用綜合優化工具生成具體門電路的網絡表，其對應的物理實現級可以是印刷電路

4、板或專用集成電路。由于設計的主要仿真和調試過程是在高層次上完成的，這既有利于早期發現結構設計上的錯誤，提高了設計的一次成功率。2022-3-238（2）支持支持ASICASIC設計設計 現代電子產品的復雜度日益提高，一個電子系統可能由數萬個中小規模集成電路構成，這就帶來了體積大、功耗大、可靠性差的問題。解決這一問題的有效方法就是采用設計。 按照設計方法的不同可分為全定制、半定制和可編程。 2022-3-239 （3 3）采用硬件描述語言采用硬件描述語言 硬件描述語言（）是一種用于設計硬件電子系統的計算機語言，它用軟件編程的方式來描述電子系統的邏輯功能、電路結構和連接形式，與傳統的門級描述方式相

5、比，它更適合大規模系統的設計。 例如一個位的加法器，利用圖形輸入軟件需要輸人至個門，而利用語言只需要書寫一行“”即可。 語言可讀性強，易于修改和發現錯誤。早期的硬件描述語言，由不同的廠商開發，互不兼容，而且不支持多層次設計，層次間翻譯工作要由人工完成。 年美國國防部正式推出了高速集成電路硬件描述語言，年采納為硬件描述語言標準（ ）。2022-3-2310（4 4）基于系統框架結構）基于系統框架結構 系統框架結構（FRAMEWORK）是一套配置和使用軟件包的規范。目前主要的系統都建立了框架結構，如公司的Design Framework，Mentor公司的Falcon Framework，而且這些

6、框架結構都遵守國際組織制定的統一技術標準。框架結構能將來自不同廠商的工具軟件進行優化組合，集成在一個易于管理的統一的環境之下，而且還支持任務之間、設計師之間以及整個產品開發過程中的信息傳輸與共享，是并行工程和自頂向下設計施的實現基礎。2022-3-2311三三 基于基于EDA平臺的系統設計流程平臺的系統設計流程 2022-3-2312四常用四常用EDAEDA工具：工具： PSPICE：電路圖編輯、電路仿真計算、波形顯 示； PROTEL：電路圖編輯、元件布局與布線、電路 仿真、信號完整性分析、PCB文件輸出。 EWB： 電路仿真、帶測量儀器。 MAXPLUS2 （QUARTUS2-3.0）：基

7、于CPLD、FPGA 數字系統設計、仿真、綜合； ISE （XILINX）：基于CPLD、FPGA數字系統設 計、仿真、綜合；。2022-3-2313PCB設計工具Allegro Expert美國Cadence Design Systems公司PCB設計工具SPECCTRAQuest美國Cadence Design Systems公司PCB設計用自動配置,配線工具SPECCTRA v9.0美國Cadence Design Systems公司2022-3-2314PCB用溫度解析工具PCB Thermal美國Ansoft公司面向焊接的PCB用溫度解析工具PCB SolderSim美國Ansoft

8、公司PCB用振動疲勞解析工具PCB Vibration Plus/PCB Fatigue美國Ansoft公司PCB/MCM用寄生電容/阻抗提取工具，回路Simulator（仿真工具）PCB/MCM Signal Integrity美國Ansoft公司2022-3-2315VHDL/Verilog-HDL Simulator（仿真工具）Active-HDL美國Aldec公司VHDL/Verilog-HDL Simulator（仿真工具），圖形輸入工具ModelSim/Renoir美國Mentor Graphics公司功耗解析/最優化工具（RTL）WattSmith美國Sente公司電源線寬設計工

9、具， 功耗解析工具PowerPlanner/RealPower美國IOTA Technology公司邏輯驗證工具（測試向量生成）Specman Elite美國Verisity Design公司2022-3-2316電路合成工具（帶有最優化配置功能）Envisia Ambit synthesis (BuildGates)美國Cadence Design Systems公司電路行為級綜合合成工具（VHDL編程）BooleDozer美國IBM公司行為級綜合工具（C語言編程）A|RT Designer美國Frontier Design公司High Level電路合成工具eXplorations Too

10、ls美國Explorations公司2022-3-2317Hard/Soft協調設計工具Cierto VCC Environment美國Cadence Design Systems公司ArchGen美國CAE Plus公司eArchitect美國Viewlogic Systems公司Hard/Soft協調驗證工具SeamlessCVE美國Mentor Graphics公司2022-3-2318Layout設計工具（帶有電路合成功能）Blast Fusion美國Magma Design Automation公司Layout設計工具DOLPHIN美國Monterey Design Systems公

11、司L-Edit Pro美國Tanner Research公司MyChip Station美國MyCAD公司CELEBRITY美國Silvaco International公司2022-3-2319五五 專用集成電路（專用集成電路（ASICASIC）設計的發展趨勢）設計的發展趨勢 （1 1）集成電路的發展趨勢）集成電路的發展趨勢 摩爾定律：集成電路每18個月在集成度上翻一番； 線寬按比例縮小的趨勢會因為所謂的硅墻(silicon wall)而終止； 目前納米計算機和“量子計算”的研究已經有一定的發展。各種其他形式的計算技術研究（如光半導體，光計算和光互連等）也在進行； 但是硅作為主要的數字信號的

12、載體，在可預見的未來，仍將是主流。 2022-3-2320619982010年年 世世 界界 半半 導導 體體 市市 場場 增增 長長 預預 測測 (億億 美美 元元 )1997 1998 1999 2000 2001 2005 2010總總 銷銷 售售 額額1370 1346 1577 1846 2214 3872 8956增增 長長 率率 (% )-1.817.2172015152022-3-23212004-2-5 中電網報道： 2007年中國IC市場850億美元 市場研究公司iSuppli最近公布的數據顯示，2007年中國電子設備產值將由2002年的1,434億美元增長至2,700億美

13、元，復合年增率為13.5%。 iSuppli預測，這將在2007年使中國半導體市場由2002年的312億美元上升至850億美元，復合年增率為22.2%。 市場研究公司IC Insights指出，中國國內芯片產量的復合年增率是20-30%。但中國的基數很小。2003年中國的IC供應商生產了12億美元的芯片。IC Insights預測，2005年中國半導體產業占全球IC市場的份額將只有2.5%。2010年上升到5.7%。2022-3-2322北京青年報 ： 智能身份證帶來200億商機 今年3月起，國內居民紙制身份證將更換為智能身份證。有關人士估測，這一項目將為國內信息產業帶來超過200億元的產業需

14、求。 “身份證商機”有多大？根據目前公安部門提供的數字，預計全國將有10億人申辦新身份證，如果按照每張20元工本費計算，“身份證商機”的市場蛋糕應在200億元以上。 據了解，“身份證商機”的第一桶金已被4家國內公司分獲，它們分別是大唐微電子、華大、華宏以及清華同方微電子，上述4家企業將承擔新身份證的芯片設計、研發和生產的全部工作，其中目前清華同方和華大已通過相關部門的認證。 2022-3-2323（2）ASIC設計流程設計流程 2022-3-23241) 1) 產品定義設計產品定義設計: : 項目的總設計師或方案組完成。2) 2) 結構設計與行為級驗證結構設計與行為級驗證: : 是將定義的產品

15、，完成算 法和體系結構設計，并完成算法級驗證。通常采用 等高層次語言。這樣的人應當有信號處理或通訊等專 業背景，一般是碩士學歷或大學畢業后工作數年。3) 3) 級設計級設計: : 就是將經過驗證的算法，通過硬件 描述語言(HDL)完成。 2022-3-23254) 4) 可測性設計可測性設計: : 是將電路的輸出與輸入建立確定的對應關系，發現產品由于加工而發生的缺陷。在電路規模很大時，這部分工作就顯得尤其重要。5) 5) 邏輯綜合與物理綜合邏輯綜合與物理綜合: : 完成版圖設計的最后環節。深亞微米百萬門級設計在國內展開不多，要通過大量的投片實踐才能實現。2022-3-2326（3 3） SOC

16、: (System on a chip)SOC: (System on a chip)2022-3-2327SOCSOC設計的誘因設計的誘因 1、縮短產品上市周期的需要。 2、IC的設計水平與制造能力之間的矛盾。 3、減少開發成本的需要。 4、通訊、計算機、消費電子等領域對IC功能要 求的提高。2022-3-23281 1SOCSOC設計的關鍵技術設計的關鍵技術 1 1）軟、硬件協同設計與驗證技術）軟、硬件協同設計與驗證技術 2 2）IPIP(intellectual property)核設計和復用核設計和復用技術：技術：即軟核（Soft Core） 固核（Firm Core） 硬核（Hard

17、 Core） 3 3）低功耗設計技術低功耗設計技術 4 4）可測性設計技術可測性設計技術 5 5）深亞微米深亞微米SOCSOC的物理綜合技術的物理綜合技術2022-3-2329六六 我國發展集成電路設計的若干措施我國發展集成電路設計的若干措施1. 1. 發展集成電路設計制約因素分析發展集成電路設計制約因素分析 高層次的人才緊缺2022-3-2330 缺少必要的設計流程支撐體系 邏輯綜合與物理綜合，完成版圖設計的最后環節。深亞微米百萬門級設計在國內展開不多，要通過大量的投片實踐才能培養。要建立一套完整的后端設計流程，需近百萬美元，還必須有廠家的物理層的庫支持。這也是國內集成電路設計公司難以跨越的

18、障礙。 為了更好地發展集成電路設計業，應建立長遠的人才發展基礎和設計流程支撐體系。 2022-3-23312 2 建立長遠的人才發展基礎建立長遠的人才發展基礎 集成電路設計是資金密集型技術密集型和智力密集型的高科技產業。其中，資金和技術可以完全引進，而人才則必須以自己培養為主引進為輔。集成電路設計的人才依然緊缺。其原因，是我們的教育遠遠落后于現實的需要，集成電路每年培養的人才太少，而且，這些人才又往往首先選擇出國和去外企。美國在七十年代，要求每一所學校電子工程系都要開設集成電路設計課程，為美國在集成電路產業持久繁榮準備了人才基礎，而頂端優勢一旦形成，又會吸引世界各地的優秀人才。 目前，國家把集

19、成電路設計與軟件提升為知識創新中的重中之重，國內一些經濟發達城市都加緊策劃，為在該領域取得最初的頂端優勢而全力以赴。2022-3-23323 3 建立集成電路設計發展的技術服務支撐體系建立集成電路設計發展的技術服務支撐體系 建立集成電路設計公司的費用，主要是建立設計流程所需的軟硬件費用（百萬美元量級）和投片費用（0.350.25m,約812萬美元左右）。 引導建立共用基礎，可以使中小集成電路設計公司做大規模的芯片設計，促進行業的繁榮。 2022-3-23333.1 3.1 建立專業的設計服務公司建立專業的設計服務公司3.2 3.2 推動投片的多芯片平臺計劃推動投片的多芯片平臺計劃 0.25m一

20、次投片，通常是810萬美元，如果有5個芯片參與，平均每個芯片的投片費還不到2萬美元。 2022-3-2334 4 扶持有競爭力的集成電路設計公司 具備關鍵技術： 如CPURFMemoryMultimediaCipset 能夠進行系統整合，軟件能力強。 與整機廠家密切配合 2022-3-23352022-3-23365政府以項目投資引導推動集成電路設計業的發展政府以項目投資引導推動集成電路設計業的發展 在重大的具有戰略性產品方面，以政府投資引導扶持集成電路設計公司的產品開發。 數字視音頻產品 數字視音頻產品包括數字電視（DTV） DVD/SVCD/VCD，機頂盒（STB） 高清晰度電視（HDTV

21、）。 網絡產品 網絡產品主要是指Internet接入和接出設備， 包括網絡家電的接入接出設備。 通訊產品 GSM，CDMA手機等，BlueTooth產品等 2022-3-2337 國家國家863863項目項目1 1關鍵電子信息產品核心芯片的開發關鍵電子信息產品核心芯片的開發1.1 關鍵電子信息產品核心芯片及IP核需求分析及技術預 測 課題編號：課題編號：863-SOC-Y-1-1 目標：目標： 通過本課題的研究，力求把握國內外現有關鍵電子信息產品核心芯片的需求情況及未來五年的發展趨勢；分析和提出我國關鍵電子信息產品芯片所需IP核的種類、數量、技術要求及主要性能指標；對“十五”期間與經濟發展密切

22、相關的關鍵芯片及IP核的需求與技術發展進行預測，為“十五”八六三SOC重大專項的實施提供依據。2022-3-23381.2 國家級IP庫的管理和運行機制研究課題編號：課題編號：863-SOC-Y-1-2目標：目標：研究我國集成電路IP庫的管理模式與運行機制內容：內容： 研究國際上IP庫以及相應基礎設施的管理模式和運行機制，并結合我國國情，針對集成電路IP核開發、管理和使用過程中涉及的IP核標準化、維護和升級、專利（版權）保護、許可證貿易、效益分配等問題，給出我國集成電路IP庫的管理模式與運行機制的建議方案 2022-3-23392. 超大規模集成電路超大規模集成電路IP核開發核開發根據我國電子

23、信息產業發展對集成電路芯片產品的要求，研究開發超大規模集成電路設計業急需的、具有良好應用前景的IP核；鼓勵對已開發的、且具有良好應用前景的集成電路成果的IP核改造工作；啟動我國自主的超大規模集成電路IP核系列的開發；積極推動IP核的應用，促進我國集成電路產業的良性發展。 2022-3-23402.1 2.1 微處理器類IP核課題編號：課題編號：863-SOC-Y-2-1目標：目標： 啟動計算機、通信、信息安全和家電產品領域芯片設計急需的微處理器核的開發；內容：內容： 微處理器（MPU），微控制器（MCU），數字信號處理器（DSP）及協處理器（Co-Processor）等；2.2 2.2 存儲器

24、類IP核課題編號：課題編號：863-SOC-Y-2-2目標：目標： 啟動通信、家電、個人數字助理和智能卡等產品領域芯片設計急需的存儲器核的開發；內容：內容： 靜態隨機存儲器（SRAM），電擦除可再編程只讀存儲器（EEPROM），閃速存儲器（Flash Memory）等；2022-3-23412.3 混合信號電路類IP核課題編號：課題編號：863-SOC-Y-2-3目標：目標： 啟動通信和家電等電子產品領域芯片設計急需的混合信號電路核的開發；內容：內容： 模擬/數字轉換器（ADC），數字/模擬轉換器（DAC）等； 2022-3-23422.4 2.4 射頻電路類IP核課題編號：課題編號：863-

25、SOC-Y-2-4目標：目標： 啟動無線通信，無線接入和非接觸式智能卡等產品領域芯片設計急需的射頻電路核的開發；內容：內容： 低噪聲放大器（LNA）等；2.52.5 接口電路類IP核課題編號：課題編號：863-SOC-Y-2-5目標：目標： 啟動網絡通信和信息安全等產品領域芯片設計急需的接口電路核的開發；內容：內容： 外圍控制器接口（PCI）等；2022-3-23432.62.6 可編程邏輯電路類IP核課題編號：課題編號：863-SOC-Y-2-6目標：目標： 啟動我國集成電路設計業急需的可編程邏輯電路核的開發；內容：內容： 現場可編程邏輯陣列（FPGA）等；2.7 智能電源電路類IP核課題編

26、號：課題編號：863-SOC-Y-2-7目標：目標： 啟動移動通信和智能卡等產品領域芯片設計急需的智能電源電路核的開發；內容：內容： 直流變換器（DC-DC）等； 2022-3-23443. SOC3. SOC設計關鍵技術和制造關鍵技術研究設計關鍵技術和制造關鍵技術研究3.1 超大規模集成電路IP核接口及相關設計技術課題編號：課題編號：863-SOC-Y-3-1目標：目標： 啟動超大規模集成電路IP核接口標準及相關設計技術的系統研究，為建立國家級IP庫和應用平臺打下一定基礎，注重研究與國際接軌的IP核接口標準。內容：內容： IP核規范和接口標準研究； 2022-3-23453.23.2 軟/硬

27、件協同設計（Hardware/Software Co-Design）技術課題編號：課題編號：863-SOC-Y-3-2目標：目標： 啟動軟/硬件協同設計技術研究和可實用的軟/硬件協同設計工具開發。注重研究軟/硬件的優化劃分和能夠生成國際主流設計工具相應的軟/硬件描述。內容：內容：1） SOC系統描述方法及其編譯技術；2） 軟/硬件優化劃分方法；2022-3-23463.33.3 超深亞微米設計關鍵技術課題編號：課題編號：863-SOC-Y-3-3目標：目標： 啟動超深亞微米集成電路設計技術的研究，注重面向互連的電路綜合技術和基于IP模塊的布局規劃技術等方面的研究。內容：內容：（1） 超深亞微米

28、建模與模擬技術 （Modeling and Simulation）（2） 面向互連的電路綜合（Interconnect Oriented Synthesis）技術；（3）IP核的布局規劃方法（IP-Based Floorplanning）；（4） SoC中可測性設計技術研究。2022-3-23473.43.4 面向SOC的工藝模塊和兼容工藝技術研究課題編號：課題編號：863-SOC-Y-3-4目標：目標： 啟動面向SOC的若干工藝模塊和兼容工藝技術研究，注重數模混合電路和嵌入式關鍵電路的制造工藝模塊的研究。內容：內容：（1）數模混合電路兼容工藝技術（BiCMOS等）的 研究；（2）嵌入式關鍵電

29、路制造工藝模塊技術，如DRAM 存儲器模塊、信號獲取模塊、功率驅動模塊和 射頻模塊等。2022-3-23483.53.5 SOC相關的新結構電路課題編號：課題編號：863-SOC-Y-3-5目標：目標： 啟動若干技術可行性較為明確的新結構電路開展研究。內容：內容：SOI超深亞微米CMOS電路；3.63.6 SOC中的可靠性技術課題編號：課題編號：863-SOC-Y-3-6目標：目標： 啟動對SOC可靠性有重大影響的關鍵技術的研究，注重從可靠性角度考慮SOC設計中器件結構和工藝的依賴性。內容：內容： 超深亞微米CMOS器件結構與電路的可靠性技術研究。2022-3-23494. 4. 超大規模集成

30、電路設計產業化環境建設超大規模集成電路設計產業化環境建設4.1 國家級集成電路設計企業孵化器建設模式與運行機 制研究 課題編號：課題編號：863-SOC-Y-4-1目標：目標： 探索國家級集成電路設計企業孵化器良性發展的運行機制。內容：內容：研究國際上較為成功的集成電路設計企業孵化器或類似組織機構的經驗及其對集成電路設計企業發展的作用；研究國內已經成立的和即將成立的集成電路設計企業孵化器的運行機制；在吸收國內外成功經驗和教訓的基礎上，結合我國特點研究對國家級集成電路設計企業孵化器的引導模式和支持模式，提出相關政策建議。2022-3-23504.24.2 國家級多項目晶圓（MPW）服務體系建設研究課題編號：課題編號：863-SOC-Y-4-2目標：目標： 研究我國MPW服務體系的管理模式與運行機制；內容：內容： 研究國際上成功的MPW服務體系的運行模式，結合我國已有的和正在興建的集成電路生產線的發展趨勢，給出我國MPW服務體系規范化運行的建議方案。2022-3-2351七