Barry Olney, внутрисхемное проектирование ООО, Австралия
Годы опыта с одним инструментом EDA конечно же развивает эффективность, является ли   инструмент самым современным  и многофункциональным или начального уровня. И каждый привыкает к соединению из всех хороших и плохих функций их средства проектирования пп. Однако приходит время, с быстрым темпом развития технологий, когда нужно действительно рассмотреть изменения для лучшего включения последних методологий. В этом месяце я рассмотрю проблемы производительности, которые препятствуют процессу проектирования пп.
Выбор инструментов проектирования пп до сегодняшнего момента был ограничен любым высокопроизводительным решением корпоративного уровня, которые являются дорогими и имеют дополнительную стоимость обучения и старта проектирования или настольные решения начального уровня, быстрые, чтобы начать, но ограниченные в возможностях и подвержены ошибкам.
Как правило, высокоскоростное компьютерное проектирование имеет две или три итерации, чтобы разработать рабочий продукт. Однако, сегодня жизненный цикл продукта очень короток, и поэтому период от начала разработки изделия до выхода его на рынок существенен. Итерация одной платы может быть дорогой, в зависимости от Ваших издержек. Мы должны  рассмотреть не только время разработки, но также и стоимость задержки старта продаж продукта. Эта упущенная возможность могла стоить Вашей компании сотни тысяч долларов, если не полной потери части рынка сбыта.

Рисунок 1: 3D интерференционная проверка допустимости Figure 1: 3D interference validation.
В предыдущем столбце, введении в моделирование на уровне плат и процессе проектирования пп, я упоминал, что стоимость разработки существенно уменьшается, если симуляция включена в цикл проектирования. Изменения проекта, которые происходят раньше в процессе проектирования, менее дорогие по сравнению с теми, которые происходят после того, как он введен в  полномасштабное производство. Стоимость изменения увеличивается вместе со 
временем разработки.
В принципе, конструктивные изменения могут быть классифицированы как изменения при подготовке производства или как завершающие модификации. Изменения при подготовке производства могут произойти на концептуальной стадии, на стадии проекта, стадии разработки опытного образца или стадии тестирования. Изменения на завершающем этапе  произойдут почти сразу, когда продукт будет введен в производство или ещё хуже, будут распознаны только, когда продукт достигает рынка. И чем позже этап, тем более дорогой может стать фиксация проблемы. Преимущество виртуального анализа разработки опытного образца состоит в том, что это помогает идентифицировать проблемы рано в процессе проектирования так ошибки могут быть исправлены, прежде чем они станут главной проблемой. 
В течение многих лет инструменты начального уровня позволяли нам быстро разработать и создать опытный образец, часть этого основывалось на КД производителя кристаллов интегральных микросхем. К сожалению, те дни давно в прошлом и группы разработчиков находят, что им нужно использовать аналитические инструменты, чтобы проверить их проект перед выпуском. Нельзя полагаться на образец разработки, чтобы на самом деле работать в рабочей среде. Эти проекты обычно созданы R&D командами, у которых есть высоко академическая квалификация, но нет высокой оценки проекта для надежности или технологичности — реальный мир.
Это внутрисхемное проектирование, методология находить-и-фиксировать обязательна в сегодняшней среде проектирования, где многократные быстрые   сигналы нарастают в более быстрые и быстрые, с реализацией каждой новой технологии. У нас больше нет такой роскоши как создание опытного образца, тестирование и затем пересмотр подхода при необходимости. Виртуальное создание опытного образца, включая целостность сигнала и целостность питания, тепловой анализ, DFM и 3D интерференционную проверку допустимости -  важны для оценки эффективности проекта. 3D интерференционная проверка допустимости показана на рисунке 1. 3D зазоры могут быть установлены и затем проверка 3D зазоров показывает нарушения и автоматически увеличивает масштаб выбранного нарушения.
Инструменты начального уровня имеют тенденцию полагаться на навыки инженера и разработчика пп, чтобы обнаружить возможные проблемы, поскольку они возникают во время процесса проектирования. Однако, в наши дни требуется определяемый ограничениями, пошагово-корректный подход для сложных проектов. Как только правила установлены, они будут сопровождаться соответствующимиинструментами и будут оцениваться, чтобы соответствовать различным программам проверки правил проектирования (DRCs).

Рисунок 2: Ограничения, планируемые на схематическом уровне. Рисунок 2 иллюстрирует типичное ограничительное планирование и определение для высокоскоростного DDR2 и 3 проектирования. Ограничения должны быть определены на схематическрм уровне и переходить к процессу топологии. Преимущество этого подхода - это то, что инженер может передать свое намерение разработчику пп, без неверного истолкования. В качестве альтернативы, независимый инженер (парень, кто делает все), может управлять ограничениями, в течение процесса проектирования, используя тот же соответствующий инструмент управления. Кроме того, повторное использование ограничения из предыдущего проверенного проекта не только гарантирует правила ограничений, но также и минимизирует возможность ошибок.
Классы сети используются, чтобы организовать и ускорить определение  ограничений маршрутизации для сетей с подобными свойствами. Для каждого класса сети могут быть определены слои, допустимые для трассировки, соответствующий диапазон ширин трасс  и контактов . Для дифференциальных пар, зависимое от слоя рассогласование дифференциальных пар может быть определено на основе расчетного импеданса, чтобы гарантировать универсальный импеданс через все слои.
Надлежащая группировка и определение классов сети и ограничительные классы на ранних стадиях процесса проектирования значительно упрощают определение ограничений и управление. Сгруппированные ограничения могут увеличить эффективность топологии, уменьшив время проектирования и, в конечном счете, результат - более низкие затраты на проектирование пп.
Симуляция перед топологией позволяет разработчику предсказать и устранить проблемы целостности сигналов и питания, перекрестные помехи и ограничения EMC рано в процессе проектирования. Это - самый экономически эффективный способ разработать плату с меньшим количеством итераций,лучше чем запуск с симуляцией посттопологии. Можно быстро симулировать сложные взаимосвязанные сценарии включая микросхемы, линии передачи, соединения и пассивные компоненты, определить такой сценарий  лучше всего для определенного проекта.

Рисунок 3: адрес памяти DDR3 топология сети, экспортируемая в LineSim.
пошагово-корректная Интеграция  библиотечного компонента также гарантирует, что выбранная часть, символ, ячейка и части отображения будут  синхронизированы. Этот подход устраняет главную причину итераций проектирования, обычно находимых в netlist управляемых парадигмах проектирования.
Кроме использования  аналитических инструментов целостности питания и сигнала, большинство разработчиков все еще полагается на визуальный контроль, чтобы определять несоответствия в топологии. DRC HyperLynx, например, может верифицировать сложные правила проектирования, которые не являются легко симулируемыми, такие как ограничения EMC. С поддержкой DRCs таких элементов как пересечение трассировок плоскости разделения, ссылочные плоские изменения, экранирования и контроль контактов, можно быстро обнаружить и исправить проблемы, которые могут позже послужить причиной неустойчивого сигнала и проблем целостности питания. DRCs может также быть настроены, чтобы позволить пользователям создавать ограничения для любой проверки, что устранит человеческую ошибку при выполнении вручную.
Сегодняшние высокоэффективные процессоры, с 
временем переключения в наносекунды, используют низкое DC 
напряжение с высокими переходными токами и большие 
тактовые частоты, чтобы минимизировать 
потребляемую мощность и следовательно рассеять тепло. Однако быстрое время нарастания, буферный импеданс низкой производительности и одновременное переключение шин создают высокие переходные токи в сети питании
и земли. Это, в свою очередь, ухудшает 
производительность и надежность продукта. Также высок риск теплового отказа в неблагоприятной рабочей среде. Независимо от 
анализа целостности питания, тепловой анализ может обнаружить горячие точки, перегретые компоненты и другие 
тепловые проблемы, которые могут ухудшить продукт. Тепловое моделирование может быть выполнено отдельно или вместе с перепадом DC напряжения. Только тепловая симуляция принимает во внимание рассеянное тепло 
от интегральных схем и других компонентов,  низкой температуры и температуры окружающего воздуха. Тепловая/DC-drop coвместная симуляция  дополнительно включают 
тепло, при прохождении через 
медные  соединения  модулей регулятора напряжения 
(VRM) и DC  модели контактов.

Рисунок 4: Тепловое моделирование горячих точек на нижней части пп.
Figure 4: Thermal simulation of hotspots on the bottom of the PCB.
Конечно, использование современных продвинутых технологий трассировки может обеспечить ошеломляющее повышение эффективности, особенно с последними высокоскоростными интерфейсами памяти DDR4, требующими Вашего полного внимания к деталям. Как только  ограничения определили для всех критических сигналов, маршрутизация может быть завершена и верифицирована в части временных ограничений используя ручные методы.
В заключение, использование виртуального анализа прототипа включая сигнал и целостность питания, тепловой анализ, DFM и 3D проверку допустимости, теперь становится обязательным, чтобы уменьшить итерации проекта, выполнить сжатый график и быть впереди, но, что относительно стоимости? Можно выбрать решение корпоративного уровня, что несомненно, позволило бы выполнить работу, или Вы могли рассмотреть доступный пакет инструментов, с относительно дешевой ценой для настольных решений, все же обеспечьте все необходимые инструменты, требуемые для самого требовательного проекта. Не время ли взглянуть на более эффективные альтернативы?
Основные пункты:
- Выбор средств проектирования пп, до сих пор, был ограничен решениями высокопроизводительного, корпоративного уровня или настольными решениями начального уровня.
- Типичное высокоскоростное компьютерное проектирование занимает две или три итерации, чтобы разработать рабочий продукт, ценное техническое время и задержку времени выхода на рынок.
- Конструктивные изменения, которые происходят рано в процессе проектирования менее дорогие, по сравнению с теми, которые происходят после того, как он введен в производство полного масштаба.
- Группы разработчиков считают, что они 
должны использовать аналитические инструменты, чтобы проверить их проект перед выпуском.
- Виртуальный анализ прототипа, включая сигнал и целостность питания, тепловой анализ, DFM и 3D интерференционную проверку допустимости, уменьшают проблемность проекта и важны для эффективности проекта.
- Инструменты начального уровня имеют тенденцию полагаться на навыки инженера и разработчика пп, чтобы обнаружить возможные проблемы во время процесса проектирования. Для сложных проектов все чаще требуется определяемый ограничениями, пошагово-коррректный подход.  
- Повторное использование ограничений, от предыдущей проверенного проекта, не только гарантирует стойкие правила но также и минимизирует возможность ошибок.
- Классы сети используются, чтобы организовать и ускорить определение маршрутизации ограничений для сетей с подобными свойствами.
- Разработчики все еще полагаются на визуальный контроль, чтобы выбрать много несоответствий в топологии. Однако инструменты DRC могут проверить сложные правила проекта, которые не  легко моделируются, такие как ограничения EMC.
- Независимо от анализа целостности питания, тепловой анализ может обнаружить горячие точки, перегретые компоненты и другие тепловые проблемы, которые могут ухудшить продукт.
- Сегодняшняя усовершенствованная технология маршрутизации может обеспечить ошеломляющее повышение эффективности.