電子設計自動化 (EDA) 是支持電子系統(tǒng)開發(fā)的關鍵行業(yè)。傳統(tǒng)上，EDA 分為兩個不同的市場部分：半導體設計和系統(tǒng)設計 (PCB)。如果回顧 1970 年代早期的 EDA 行業(yè)，就會發(fā)現(xiàn)半導體（布局）和系統(tǒng) PCB（電路板布局）的物理設計具有顯著的能力。自 1970 年代以來，EDA行業(yè)的經(jīng)濟一直與半導體行業(yè)緊密相連，特別是摩爾定律。因此，今天，半導體 EDA 業(yè)務包括綜合（自動布局、布線、布局規(guī)劃）、驗證（形式化、仿真、仿真、硬件/軟件協(xié)同驗證）和 IP（使能、測試、內存控制器、驗證IP等）。

有趣的是，系統(tǒng) PCB 的功能在很大程度上是相同的。也就是說，PCB 物理設計工具（前 Allegro）繼續(xù)提供價值，并且肯定增加了提高信號完整性和先進封裝的功能。然而，在系統(tǒng) PCB 結構中處理更高級別功能（可編程結構、軟件、人工智能）的日益復雜的半導體的相對自動化完全缺失。在本文中，我們將討論這種缺失功能的性質、對市場的影響以及 EDA 將電子設計過程的半導體和系統(tǒng)部分連接起來。

系統(tǒng)PCB設計

圖 1：非消費類的現(xiàn)代系統(tǒng) PCB 設計流程

傳統(tǒng)上，半導體公司與其客戶之間的關系一直是客戶驅動。在消費市場等非常大容量的市場中，來自半導體公司的大量員工與其系統(tǒng)同行合作，以有效地共同設計系統(tǒng)產(chǎn)品。

圖 2：系統(tǒng) PCB 設計流程

對于非消費電子流程，電子設計步驟包括以下階段（圖1），

一.系統(tǒng)設計：在這個階段，高級系統(tǒng)設計師正在將他們的功能理念映射到關鍵電子元件。在選擇這些關鍵組件時，系統(tǒng)設計人員通常會根據(jù)以下考慮做出這些選擇：

1.這些組件是否符合我應用程序中的所有認證要求？

2.是否有一個軟件 (SW) 生態(tài)系統(tǒng)提供了如此多的價值，以至于我必須在特定的軟件架構中選擇硬件 (HW) 組件？

3.是否存在對我的應用程序至關重要的 AI/ML 組件，這意味著選擇最適合我的最終應用程序的最佳硬件和軟件堆棧？

4.在可行性分析水平上，這些組件是否適合我的空間、功率和性能操作域。

5.觀察：這個階段決定了絕大多數(shù)即時成本和生命周期成本。

6.今天，這個設計階段在很大程度上是非結構化的，使用通用的個人生產(chǎn)力工具，如 Excel、Word、PDF（用于閱讀 200 多頁數(shù)據(jù)表），當然還有谷歌搜索。幾乎沒有 EDA 支持。

二.系統(tǒng)實施：在此階段，必須將系統(tǒng)設計中的關鍵組件細化為物理 PCB 設計。通常由組織內的電氣工程師推動或由外部設計服務提供，這個設計階段有以下考慮因素：

1.PCB 管道：將關鍵組件的要求與 PCB 的外部面向方面相結合是此設計階段的工作。這通常涉及 PCB 的物理布局、定義電源/gnd/clk 架構以及任何信號級電氣工作。此階段還涉及部件選擇，但通常具有低復雜性（微控制器）和模擬性質。今天，這一階段的設計得到了來自傳統(tǒng) EDA 供應商（如 Cadence、Zuken 和 Mentor-Graphics）的物理設計、信號完整性和電氣仿真工具的良好支持。Mouser 和 Digikey 等公司的 Web 界面對 Part Selection 提供了相當好的支持。

2.啟動架構：隨著物理設計的整合，啟動架構通常會通過電氣穩(wěn)定性 (DC_OK)、可測試性、微代碼/fpga 加速，最后進入實時操作系統(tǒng)。通常，與這項工作相關的是幫助調試 PCB 板的大量工具。所有這些功能的組合稱為板級支持包 (BSP)。BSP 必須跨越系統(tǒng) PCB 的所有抽象級別，所以今天，它們通常是從一個工具庫“拼湊”在一起的，其部件位于各種網(wǎng)站上。

該設計流程與 1980 年代的系統(tǒng) PCB 流程形成鮮明對比，在 1980 年代，系統(tǒng) PCB 的重點主要是構建功能。在那些日子里，用于構建功能的半導體具有中等復雜性，數(shù)據(jù)表的通信機制就足夠了。今天，系統(tǒng) PCB 設計師的工作實際上是在復雜的硬件/軟件生態(tài)系統(tǒng)中管理復雜的結構（人工智能即將到來）。

事實上，技術信息交流的主要方法是在數(shù)據(jù)表和網(wǎng)站中進行討論。此外，大多數(shù)非消費市場對長生命周期 (LLC) 的要求與以消費者為中心的半導體鏈的核心不一致。

這更具有諷刺意味，因為EDA 公司的半導體產(chǎn)品實際上包含了系統(tǒng) PCB EDA 同行所需的所有信息。

圖 3：半導體和 PCB 工具斷開連接

缺少了什么？當今 EDA 基礎架構中的兩個基本缺陷：

1.半導體簽核流程：如今，EDA 工具支持非常強大的半導體簽核流程，將信息從半導體設計人員傳輸?shù)街圃焐獭５牵瑳]有將信息從半導體設計人員傳輸?shù)较到y(tǒng)設計人員的簽核流程。相反，這種通信接口是手動的（大量編寫數(shù)據(jù)表的人），缺乏深度標準（特定于工具的符號庫），并且隨意分布在各種渠道上。

2.系統(tǒng) PCB 抽象層：當今的半導體不僅需要將物理層信息傳達給系統(tǒng)設計人員，還需要將 SW（以及越來越多的 AI）層中的各種級別的信息傳達給系統(tǒng)設計人員。事實上，該信息相對于物理層信息的價值正在增加。目前，雖然有大量的半導體硬件/軟件/行為 EDA 功能，但系統(tǒng) PCB 空間中沒有等效的功能可以接受這些信息。

我們如何解決這個巨大的差距？讓我們考慮系統(tǒng) PCB 抽象層。

構建系統(tǒng) PCB 抽象層

抽象層可以大致分為四類：

1.物理層或硬件抽象層：這與組件引出線、組件框圖和功能以及用于布局的 CAD 模型等有關。這是底層。

2.可編程或可配置層：隨著半導體供應商推動更深層次的集成，微控制器、FPGA、高度可編程的多功能芯片變得更加靈活。對于系統(tǒng)設計人員來說，這意味著新的工具庫和嵌入式開發(fā)的可能性。多種預置可配置選項的趨勢，更重要的是“可配置邏輯 (CL)”，它允許嵌入式程序員輕松添加自己的自定義功能，從簡單的信號反相器到更復雜的曼徹斯特解碼器，CL 可以完全獨立于處理器運行核。這越來越為系統(tǒng)設計人員創(chuàng)造了一個非常重要的新抽象層次。

3.虛擬層或軟件抽象層：這包括整個軟件堆?！獜牟僮飨到y(tǒng)端口到驅動程序到 BSP 到 IDE 環(huán)境和幫助最終應用程序開發(fā)的庫。在許多終端市場中，大量的軟件 IP 是芯片選擇的驅動因素。

4.人工智能抽象層：最后，鑒于對邊緣人工智能推理的關注以及圍繞視覺或通用數(shù)據(jù)處理的強大功能，支持的人工智能堆棧對于部件選擇和最終應用程序實施變得越來越重要。

然而，當涉及到這些抽象層對系統(tǒng)設計者的可用性時，情況不如人意：

連接半導體和系統(tǒng) PCB 世界

如何解決這個問題？兩個簡單的步驟：

1.智能系統(tǒng)設計器：系統(tǒng) PCB EDA 流程必須支持由半導體設計流程生成和啟用的所有重要步驟。

2.正式簽署流程：半導體簽署流程需要在形式化、標準化和內容方面進行擴展，以包括上述抽象。

這些簽核步驟的示例如下圖 4 所示。在這張圖片中，在半導體設計過程中完成的驗證以結構化的方式提供給系統(tǒng)設計人員。此外，機器可讀數(shù)據(jù)可以直接獲得，而不是通過數(shù)據(jù)表傳輸。

圖 4 Smart System Designer：連接半導體和 PCB/系統(tǒng)工具集

總體而言，EDA 公司有很好的機會利用他們的系統(tǒng) PCB 和半導體能力為廣大的系統(tǒng) PCB 客戶增加價值。