EDA（電子設計自動化）-三個皮匠報告百科

EDA(電子設計自動化)是什么

EDA，全稱是Electronic Design Automation，中文為電子設計自動化，集成電路領域的CAD加CAE，典型的技術與知識密集型產業。指的是利用計算機輔助設計(CAD)軟件，來完成超大規模集成電路(VLSI)芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計(包括布局、布線、版圖、設計規則檢查等)等流程的設計方式。工程師利用 EDA 工具，將芯片的電路設計、性能分析、設計出 IC 版圖的整個過程交由計算機自動處理完成。

簡單地理解，EDA就是專門用來設計芯片的軟件，又因為芯片在實際生產環節的試錯成本過高，所以要求EDA也具備強悍、專業的仿真和驗證能力，從而提高芯片流片甚至生產環節的成功率。EDA廣泛應用于芯片的設計、制造、封測、封裝等多個環節，承擔著電路設計、電路驗證和性能分析等多項芯片開發過程中的核心工作；同時，EDA軟件的功能復雜程度，也決定了EDA是一種綜合了多學科知識的高精尖軟件，需要融合圖形學、計算數學、微電子學，拓撲邏輯學、材料學及人工智能等多領域技術，具備很高的進入璧壘。

EDA的應用包括模擬電路、數字電路、FPGA、PCB、面板等多個領域的設計工作。

EDA工具

從功能來看整個集成電路EDA工具通?？梢苑譃槿箢?。

(1)綜合設計工具。主要應用于Fabless廠，完成系統整合、邏輯綜合、布局布線等各級設計。

(2)仿真工具。驗證設計的正確性并優化設計結構，包括電路仿真與驗證、物理設計規則檢查等。

(3)測試與數據管理工具。主要應用于Foundry廠，完成測試芯片的設計、提升測試精度、進行制造工藝和成品的數據分析等。

從底層技術來看， EDA工具需要對數千種情境進行快速設計探索，實現性能、功耗、面積、成本等芯片物理指標和經濟指標的平衡，需要計算機、數學、物理、電子電路、工藝等多種學科的緊密配合，是典型的技術與知識密集型產業^[1]。

eda

EDA是廣義CAD的一種，是細分的行業軟件。利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統，完成電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程.EDA可分為電子電路設計與仿真、PCB設計軟件、IC設計軟件三大類

(1)電子電路設計與仿真

對設計好的電路圖通過仿真軟件進行實時模擬，模擬出實際功能，然后通過其分析改進，從而實現電路的優化設計

(2)PCB設計軟件

畫板級電路圖，以及布局布線和仿真的工具，就是用來擺放元器件，然后再把元器件的線連接起來

(3)IC設計軟件

設計輸入工具：任何一種EDA軟件必備的基本功能

設計仿真工具：驗證設計是否正確

邏輯綜合工具：把HDL變成門級網表

STA (靜態時序分析)：在時序上對電路進行驗證

形式驗證：從功能上對綜合后的網表進行驗證

DFT (可測性設計)：將一些特殊結構在設計階段植入電路，以便設計完成后進行測試，減少測試成本

布局和布線：用于標準單元，門陣列已可實現交互布線

寄生參數提?。悍治鲂盘柾暾詥栴}，防止因導線耦合導致的信號噪聲

物理驗證工具：版圖設計工具、版圖驗證工具、版圖提取工具

模擬電路仿真器：針對模擬電路的仿真工具

EDA

EDA要素

EDA 技術包含硬件、語言、工具等要素。EDA 技術是以大規?？删幊踢壿嬈骷樵O計載體，以硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規?？删幊踢壿嬈骷拈_發軟件及實驗開發系統為設計工具，通過有關軟件，自動完成用軟件的方式設計電子系統到硬件系統的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優化，邏輯布局布線、邏輯仿真。完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統或專用集成芯片的技術。

(1)設計載體：大規?？删幊踢壿嬈骷?PLD，包括 PAL、GAL 等)

(2)表達方式：硬件描述語言(VHDL 和 Verilog 等)

(3)設計工具：開發軟件及實驗開發系統(CAD、CAE、EDA 軟件)

(4)覆蓋環節：電子系統到硬件系統(邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優化，邏輯布局布線、邏輯仿真、對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等)

EDA系統模塊

EDA 系統包含設計輸入子模塊，設計數據庫子模塊，分析驗證子模塊，綜合仿真子模塊，布局布線子模塊等。通過各個模塊解決芯片設計流程中涉及的設計、驗證、仿真、布線等問題。

EDA作用

設計是芯片產業的第一環，缺少EDA就難以進行芯片的設計、研發和生產。從集成電路產業鏈上來看，EDA屬于集成電路產業鏈。從芯片生產環節上來看，EDA是芯片生產的第一環:在芯片實際生產過程中，首先需要通過EDA軟件做芯片設計和仿真測試，之后才能進行流片和投產，EDA軟件是芯片產業中不可以跳過的第一環，只有當EDA完成芯片設計和仿真測試之后，后續環節才能依次開展。從技術難度上來看，EDA的門檻高、難度大，不存在替代品；現代化芯片產業是納米量級的設計和制造，CAD/CAE等通用性的設計軟件也不能滿足芯片產業的專業性要求，缺少了EDA軟件的話整個芯片產業都將難以為繼。EDA在芯片產業中位置舉足輕重，可以說，沒有EDA就沒有現代芯片產業可言，與此同時，一款優秀的EDA軟件能在大幅提升芯片研發效率的同時降低芯片制造和封測成本，能夠顯著推動芯片行業的發展^[2]。

隨著超大規模集成電路的持續發展，晶體管密度快速上升，芯片設計難度持續加大，加上工藝變革的加快，電子工程師更加需要利用EDA工具來提升邏輯綜合、布局布線、仿真驗證的效率， EDA變得越來越重要，EDA的主要作用有：

(1)將復雜物理問題用數學模型高度精確化表述，在虛擬軟件中重現芯片制造過程中的各種物理效應和問題

(2)在確保邏輯功能正確的前提下，利用數學工具解決多目標多約束的最優化問題，求得特定半導體工藝條件下，性能、功耗、面積、電氣特性、成本等的最優解

(3)驗證模型一致性問題，確保芯片在多個設計環節的迭代中邏輯功能一致

EDA工作流程

EDA工作流程:含輸入、綜合、適配、仿真和下載等五個步驟

EDA發展歷程

(一)全球EDA發展

1970 年EDA隨著計算機、集成電路、電子系統的發展而興起，正逐步走向專業化?？傮w來看，EDA 行業的發展歷程大體可以分為 CAD 階段、CAE 階段和 EDA 階段和現代EDA四個階段：；

(1)早期-CAD 階段(1970-1980 年)

中小規模集成電路已經出現，手工繪制版圖設計印刷電路板的方法已無法滿足精度和效率的要求，設計師開始借助于計算機完成印制電路板設計。于是，出現了第一代的 EDA 工具，利用二維平面圖形的 CAD(Computer-aided design)工具進行電路原理圖編制、PCB 布局布線等；；

(2)發展期-CAE 階段(1980-1990 年)

由于集成電路規模的逐步擴大和電子系統的日趨復雜，出現了以計算機仿真和自動布局布線為核心的第二代 EDA 技術，即 CAE(Computer Aided Engineering)，將各個 CAD 工具集成為系統，從而加強了電路功能設計和結構設計，該時期的 EDA 技術已經延伸到半導體芯片的設汁，生產出可編程半導體芯片；；

(3)成熟期-EDA 階段(20世紀90年代)

芯片的復雜度進一步提升，給 EDA 技術提出了更高的要求，也促進了 EDA 技術的大發展。EDA 的發展集中到加強自動化和智能化方向，致力于設計語言和高層設計理念上實現統一，促使 EDA 系統能夠完成電子產品的系統級至物理級的設計。各公司也相繼開發出了以高級語言描述、系統級仿真和綜合技術為特征的大規模 EDA 軟件系統^[3]。

(4)階段四:現代EDA

進入21世紀，EDA技術發展迅速，貫穿包括集成電路設計、制造、封裝、測試.

在內的產業鏈全流程。此時EDA技術的主要特點為，在仿真驗證和設計兩個層面

支持標準硬件語言的EDA工具功能更加強大，更大規模的可編程邏輯器件不斷推

出，系統級、行為級硬件描述語言趨于更加高效和簡單。

(二)我國EDA發展

國產EDA先后經歷封鎖、突破、沉寂、起航、提速等歷史階段。建國初期，巴黎統籌委員會對我國實行禁運，國外EDA工具無法進入中國，國內市場處于空白狀態。1988-1994 年，為打破西方封鎖，國家開啟國產EDA工具“熊貓系統”的聯合攻關，并于1992 年研發成功。到2008年，伴隨著“巴統”封鎖的解除， Cadence.Synopsys等技術成熟的海外巨頭紛紛進入中國市場，國產廠商進入了長達15年的發展沉寂期。2008-2018 年，EDA技術被正式列入國家“核高基”重大科技專項。進入2018年，受地緣政治的影響，國產EDA的政策支持力度再次加大。同時在資本市場的助力下，國產廠商進入發展提速階段^[4]。

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