EDA 公司是否辜负了系统PCB 客户？

电子设计自动化 (EDA) 是支持电子系统开发的关键行业。传统上，EDA 分为两个不同的市场部分：半导体设计和系统设计 (PCB)。如果回顾 1970 年代早期的 EDA 行业，就会发现半导体（布局）和系统 PCB（电路板布局）的物理设计具有显著的能力。自 1970 年代以来，EDA行业的经济一直与半导体行业紧密相连，特别是摩尔定律。因此，今天，半导体 EDA 业务包括综合（自动布局、布线、布局规划）、验证（形式化、仿真、仿真、硬件/软件协同验证）和 IP（使能、测试、内存控制器、验证IP等）。

有趣的是，系统 PCB 的功能在很大程度上是相同的。也就是说，PCB 物理设计工具（前 Allegro）继续提供价值，并且肯定增加了提高信号完整性和先进封装的功能。然而，在系统 PCB 结构中处理更高级别功能（可编程结构、软件、人工智能）的日益复杂的半导体的相对自动化完全缺失。在本文中，我们将讨论这种缺失功能的性质、对市场的影响以及 EDA 将电子设计过程的半导体和系统部分连接起来。

系统PCB设计

图 1：非消费类的现代系统 PCB 设计流程

传统上，半导体公司与其客户之间的关系一直是客户驱动。在消费市场等非常大容量的市场中，来自半导体公司的大量员工与其系统同行合作，以有效地共同设计系统产品。

图 2：系统 PCB 设计流程

对于非消费电子流程，电子设计步骤包括以下阶段（图1），

一.系统设计：在这个阶段，高级系统设计师正在将他们的功能理念映射到关键电子元件。在选择这些关键组件时，系统设计人员通常会根据以下考虑做出这些选择：

1.这些组件是否符合我应用程序中的所有认证要求？

2.是否有一个软件 (SW) 生态系统提供了如此多的价值，以至于我必须在特定的软件架构中选择硬件 (HW) 组件？

3.是否存在对我的应用程序至关重要的 AI/ML 组件，这意味着选择最适合我的最终应用程序的最佳硬件和软件堆栈？

4.在可行性分析水平上，这些组件是否适合我的空间、功率和性能操作域。

5.观察：这个阶段决定了绝大多数即时成本和生命周期成本。

6.今天，这个设计阶段在很大程度上是非结构化的，使用通用的个人生产力工具，如 Excel、Word、PDF（用于阅读 200 多页数据表），当然还有谷歌搜索。几乎没有 EDA 支持。

二.系统实施：在此阶段，必须将系统设计中的关键组件细化为物理 PCB 设计。通常由组织内的电气工程师推动或由外部设计服务提供，这个设计阶段有以下考虑因素：

1.PCB 管道：将关键组件的要求与 PCB 的外部面向方面相结合是此设计阶段的工作。这通常涉及 PCB 的物理布局、定义电源/gnd/clk 架构以及任何信号级电气工作。此阶段还涉及部件选择，但通常具有低复杂性（微控制器）和模拟性质。今天，这一阶段的设计得到了来自传统 EDA 供应商（如 Cadence、Zuken 和 Mentor-Graphics）的物理设计、信号完整性和电气仿真工具的良好支持。Mouser 和 Digikey 等公司的 Web 界面对 Part Selection 提供了相当好的支持。

2.启动架构：随着物理设计的整合，启动架构通常会通过电气稳定性 (DC_OK)、可测试性、微代码/fpga 加速，最后进入实时操作系统。通常，与这项工作相关的是帮助调试 PCB 板的大量工具。所有这些功能的组合称为板级支持包 (BSP)。BSP 必须跨越系统 PCB 的所有抽象级别，所以今天，它们通常是从一个工具库“拼凑”在一起的，其部件位于各种网站上。

该设计流程与 1980 年代的系统 PCB 流程形成鲜明对比，在 1980 年代，系统 PCB 的重点主要是构建功能。在那些日子里，用于构建功能的半导体具有中等复杂性，数据表的通信机制就足够了。今天，系统 PCB 设计师的工作实际上是在复杂的硬件/软件生态系统中管理复杂的结构（人工智能即将到来）。

事实上，技术信息交流的主要方法是在数据表和网站中进行讨论。此外，大多数非消费市场对长生命周期 (LLC) 的要求与以消费者为中心的半导体链的核心不一致。

这更具有讽刺意味，因为EDA 公司的半导体产品实际上包含了系统 PCB EDA 同行所需的所有信息。

图 3：半导体和 PCB 工具断开连接

缺少了什么？当今 EDA 基础架构中的两个基本缺陷：

1.半导体签核流程：如今，EDA 工具支持非常强大的半导体签核流程，将信息从半导体设计人员传输到制造商。但是，没有将信息从半导体设计人员传输到系统设计人员的签核流程。相反，这种通信接口是手动的（大量编写数据表的人），缺乏深度标准（特定于工具的符号库），并且随意分布在各种渠道上。

2.系统 PCB 抽象层：当今的半导体不仅需要将物理层信息传达给系统设计人员，还需要将 SW（以及越来越多的 AI）层中的各种级别的信息传达给系统设计人员。事实上，该信息相对于物理层信息的价值正在增加。目前，虽然有大量的半导体硬件/软件/行为 EDA 功能，但系统 PCB 空间中没有等效的功能可以接受这些信息。

我们如何解决这个巨大的差距？让我们考虑系统 PCB 抽象层。

构建系统 PCB 抽象层

抽象层可以大致分为四类：

1.物理层或硬件抽象层：这与组件引出线、组件框图和功能以及用于布局的 CAD 模型等有关。这是底层。

2.可编程或可配置层：随着半导体供应商推动更深层次的集成，微控制器、FPGA、高度可编程的多功能芯片变得更加灵活。对于系统设计人员来说，这意味着新的工具库和嵌入式开发的可能性。多种预置可配置选项的趋势，更重要的是“可配置逻辑 (CL)”，它允许嵌入式程序员轻松添加自己的自定义功能，从简单的信号反相器到更复杂的曼彻斯特解码器，CL 可以完全独立于处理器运行核。这越来越为系统设计人员创造了一个非常重要的新抽象层次。

3.虚拟层或软件抽象层：这包括整个软件堆栈——从操作系统端口到驱动程序到 BSP 到 IDE 环境和帮助最终应用程序开发的库。在许多终端市场中，大量的软件 IP 是芯片选择的驱动因素。

4.人工智能抽象层：最后，鉴于对边缘人工智能推理的关注以及围绕视觉或通用数据处理的强大功能，支持的人工智能堆栈对于部件选择和最终应用程序实施变得越来越重要。

然而，当涉及到这些抽象层对系统设计者的可用性时，情况不如人意：

连接半导体和系统 PCB 世界

如何解决这个问题？两个简单的步骤：

1.智能系统设计器：系统 PCB EDA 流程必须支持由半导体设计流程生成和启用的所有重要步骤。

2.正式签署流程：半导体签署流程需要在形式化、标准化和内容方面进行扩展，以包括上述抽象。

这些签核步骤的示例如下图 4 所示。在这张图片中，在半导体设计过程中完成的验证以结构化的方式提供给系统设计人员。此外，机器可读数据可以直接获得，而不是通过数据表传输。

图 4 Smart System Designer：连接半导体和 PCB/系统工具集

总体而言，EDA 公司有很好的机会利用他们的系统 PCB 和半导体能力为广大的系统 PCB 客户增加价值。