Elektron dizaynın avtomatlaşdırılması

Elektron Dizaynın Avtomatlaşdırılması (ing. EDA, Electronic Design Automation) — elektron cihazların və inteqral sxemlərin (IC-lərin) dizayn prosesini avtomatlaşdırmaq üçün istifadə edilən proqram və alətlər toplusudur.[1] Bu alətlər elektron sxemlərin və sistemlərin layihələndirilməsi,[2] təhlili, test edilməsi və optimallaşdırılması proseslərini sürətləndirir. EDA texnologiyası müasir elektronik istehsalda kritik rol oynayır, çünki mürəkkəb dizaynların əl ilə həyata keçirilməsi vaxt aparıcı və səhvlərə açıqdır.[3]

Əsas mərhələləri və komponentləri

[redaktə | mənbəni redaktə et]
  1. Davranış və funksional modelləşdirmə
    • Bu mərhələdə dizaynerlər sistemin iş prinsiplərini və funksiyalarını yüksək səviyyədə modelləşdirirlər. Yüksək səviyyəli dillərdən (məsələn, VHDL və ya Verilog) istifadə edərək ilkin sxematik təsvirlər yaradılır.
  2. Sxem səviyyəsində dizayn
    • Sxematik dizayn mərhələsində əsas elementlər — tranzistorlar, qapılar, qarşılaşdırıcılar – birləşdirilərək arzu olunan funksiyanı yerinə yetirən sxemlər yaradılır.[4] Bu prosesdə simulyasiya alətləri sxemin düzgün işləməsini təmin etmək üçün istifadə olunur.
  3. Fiziki maket və topologiya dizaynı
    • Sxem təsdiqləndikdən sonra fiziki maket mərhələsinə keçilir. Burada komponentlərin, naqillərin və digər elementlərin inteqral sxem üzərində yerləşməsi və optimal həllərinin seçilməsi həyata keçirilir.[5] Yer optimizasiyası, sinyal yollarının təhlili və hətta istilik yayılması kimi faktorlar bu mərhələdə vacibdir.
  4. Simulyasiya və test
    • EDA simulyasiya alətləri dizaynın müxtəlif şərtlər altında necə işləyəcəyini yoxlayır və hər hansı səhvləri öncədən aşkarlayır. Analizlər elektrik xüsusiyyətlərini, istilik performansını və fiziki dizayn limitlərini əhatə edir. Bu mərhələ testlərdə vaxt və xərcləri azaltmağa kömək edir.[6]
  5. Məntiqin sintezi və optimizasiya
    • Bu mərhələdə dizayn yüksək səviyyəli təsvirlərdən fiziki sxematiklərə çevrilir. Alətlər hər bir dizaynın tələblərinə uyğunlaşdıraraq sintez prosesi vasitəsilə komponentlər arasındakı əlaqələri optimallaşdırır.[7]

EDA-nın tətbiqi ilə dizayn prosesləri sürətlənir, səhv sayı azalır və müasir elektron cihazların daha sürətli, daha kiçik və daha effektiv istehsalı mümkün olur.

Tarixi

[redaktə | mənbəni redaktə et]

Elektron Dizaynın Avtomatlaşdırılması (EDA) tarixi 1960-cı illərdən başlayır və bu günə qədər böyük irəliləyişlər keçərək elektronika və mikroelektronika sahələrində inqilabi inkişaflara səbəb olmuşdur.

Əllə dizayn dövrü (1950–1960-cı illər)

[redaktə | mənbəni redaktə et]

1950-ci illərdə elektron sxemlərin dizaynı əsasən əllə aparılırdı. Kompüterlər olmadan, mühəndislər tranzistorları və komponentləri kağız üzərində yerləşdirir və əl ilə analiz edirdilər. Əsasən kağız, qələm və hətta hökmlər kimi əl alətlərindən istifadə olunurdu. Bu metodla inteqral sxemlər (IC-lər) yaratmaq çox vaxt aparırdı və səhvlərə meyilli idi.[8]

Kompüter dəstəkli dizaynın yaradılması (1960-cı illərin sonları)

[redaktə | mənbəni redaktə et]

1960-cı illərin sonlarında ilk kompüter dəstəkli dizayn (CAD) proqramları yaranmağa başladı. IBM və Bell Labs kimi şirkətlər elektron sxemləri analiz etmək və modelləşdirmək üçün sadə kompüter proqramları hazırladılar. SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) proqramının inkişafı 1973-cü ildə Kaliforniya Universiteti tərəfindən həyata keçirildi və sxemlərin analizində inqilab yaratdı. SPICE sxemlərin elektrik performansını simulyasiya etməyə və optimallaşdırmağa imkan verirdi.[9]

Əsas EDA alətlərinin inkişafı (1970–1980-ci illər)

[redaktə | mənbəni redaktə et]

1970-ci illərdə tranzistor sıxlığı artmağa başladı və bu, daha mürəkkəb dizayn metodlarına ehtiyacı ortaya çıxardı. Bu dövrdə sxematik ələsk və layout dizaynları üçün kompüter vasitələri inkişaf etdirildi. Mentor Graphics, Cadence və Synopsys kimi EDA şirkətləri yarandı və ilk kommersiya EDA alətləri satışa çıxdı. Bu alətlər dizaynları bir çox mərhələdə – sxematik dizayn, simulyasiya və layoutda həyata keçirərək daha böyük miqyaslı IC-lərin hazırlanmasını asanlaşdırdı.[10]

VHDL və Verilog dillərinin yaranması (1980-ci illərin ortaları)

[redaktə | mənbəni redaktə et]

1980-ci illərdə məntiqi dizaynların təsvirini yüksək səviyyədə təyin etmək üçün yeni proqramlaşdırma dillərinə ehtiyac yarandı. Bu dövrdə ABŞ Müdafiə Nazirliyi tərəfindən VHDL (VHSIC Hardware Description Language) və daha sonra Verilog dilləri yaradıldı. Bu dillər vasitəsilə yüksək səviyyəli məntiq sxemləri təsvir edilə və sonra avtomatik olaraq tranzistor səviyyəsində reallaşdırıla bilərdi. Bu dillər dizayn prosesini sürətləndirdi və daha çevik hala gətirdi.[11]

Sintez və fiziki dizayn alətlərinin inkişafı (1990-cı illər)

[redaktə | mənbəni redaktə et]

1990-cı illərdə texnologiyanın inkişafı nəticəsində məntiqin sintezi (logic synthesis) və fiziki layout üçün EDA alətləri genişləndi. Dizayn sintezi vasitəsilə yüksək səviyyəli təsvirlər tranzistor və qapı səviyyəsində sxemlərə çevrilir, fiziki dizayn alətləri isə sxemlərin fiziki inteqral sxem üzərində yerini müəyyən edir. Bu dövrdə EDA alətləri getdikcə daha çox avtomatlaşdırılır və çox qatlı sxemlərin hazırlanması mümkündür.[12]

Nanometr texnologiyalara keçid və inteqrasiya (2000-ci illər və sonrası)

[redaktə | mənbəni redaktə et]

2000-ci illərdən etibarən tranzistor ölçüləri nanometr səviyyəsinə çatdı və çoxnüvəli prosessorlar, FPGA-lar (Field-Programmable Gate Arrays) kimi daha mürəkkəb sxemlərin dizaynı ön plana çıxdı.[13] EDA alətləri yeni təbəqələrdə sxemləri simulyasiya etmək və təkmilləşdirmək üçün daha effektiv oldu. Bulud hesablama texnologiyası ilə də böyük məlumatların təhlili və optimallaşdırılması təmin edildi.

Süni intellekt və maşın öyrənməsi ilə yeni nəsil EDA (2020-ci illər və sonrası)

[redaktə | mənbəni redaktə et]

Bu gün EDA alətləri süni intellekt və maşın öyrənməsi texnologiyaları ilə dəstəklənir. Maşın öyrənməsi ilə sürətli optimallaşdırma və simulyasiya həyata keçirilir,[14] dizayn müddətləri qısaldılır və səhvlərin qarşısı daha erkən mərhələlərdə alınır. Bu alətlər artıq bir neçə milyon tranzistordan ibarət mürəkkəb sxemləri dizayn etmək və optimallaşdırmaq üçün çox geniş imkanlar təklif edir.

EDA-nın bu inkişafı sayəsində müasir elektron cihazların daha sürətli, daha kiçik və daha enerjiyə qənaətcil olması təmin edilir.

İstinadlar

[redaktə | mənbəni redaktə et]
  1. ↑ "Synopsys, Inc. (SNPS) Stock Price & News - Google Finance". www.google.com (ingilis). 2023-03-23 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2023-03-23.
  2. ↑ "About the EDA Industry". Electronic Design Automation Consortium. avqust 2, 2015 tarixində orijinalından arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: iyul 29, 2015.
  3. ↑ Lavagno, Martin, and Scheffer. Electronic Design Automation For Integrated Circuits Handbook. Taylor and Francis. 2006. ISBN 0849330963.
  4. ↑ BTV RTL Linting. Arxiv surəti 24 may 2024 tarixindən Wayback Machine saytında Retrieved January 2, 2023
  5. ↑ J. Lienig, J. Scheible. Chap. 6: Special Layout Techniques for Analog IC Design // Fundamentals of Layout Design for Electronic Circuits. Springer. 2020. 213–256. doi:10.1007/978-3-030-39284-0. ISBN 978-3-030-39284-0. 2023-08-14 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2024-10-25.
  6. ↑ "Functional Verification". Semiconductor Engineering. March 17, 2017. October 31, 2023 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: April 10, 2023.
  7. ↑ J. Lienig, J. Scheible. Chap. 3.3: Mask Data: Layout Post Processing // Fundamentals of Layout Design for Electronic Circuits. Springer. 2020. 102–110. doi:10.1007/978-3-030-39284-0. ISBN 978-3-030-39284-0. 2023-08-14 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2024-10-25.
  8. ↑ "1966: Computer Aided Design Tools Developed for ICs". Computer History Museum. November 22, 2022 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: January 1, 2023.
  9. ↑ "EDA (Electronic Design Automation) - Where Electronics Begins". Embed Journal. May 25, 2013. January 2, 2023 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: January 1, 2023.
  10. ↑ "Carver Mead Awarded Kyoto Prize by Inamori Foundation". Caltech. June 17, 2022. January 2, 2023 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: January 1, 2023.
  11. ↑ Meade, Carver; Conway, Lynn. Introduction to VLSI Design. Addison-Wesley.
  12. ↑ Brayton, Robert K., Gary D. Hachtel, Curt McMullen, and Alberto Sangiovanni-Vincentelli. Logic minimization algorithms for VLSI synthesis. 2. Springer Science & Business Media. 1984.
  13. ↑ Ousterhout, John K., Gordon T. Hamachi, Robert N. Mayo, Walter S. Scott, and George S. Taylor. "The magic VLSI layout system". IEEE Design & Test of Computers. 2 (1). 1985: 19–30.
  14. ↑ Tomovich, Christine. "MOSIS-A gateway to silicon". IEEE Circuits and Devices Magazine. 4 (2). 1988: 22–23.

Ədəbiyyat

[redaktə | mənbəni redaktə et]