Analog的Day Of Reckoning

半导体行业吹捧的物联网边缘设备的数字令人震惊。它们将如何使用，谁将制造它们，或者谁将从中赚钱，这些都不太确定。

业界似乎对这些设备的内容很清楚。一个小处理器，一些闪存，甚至可能是一些即将出现的新存储技术，一个无线电接口，和一堆传感器。大多数数字内容都是相当标准的，可能会作为子系统发布。

最近的一个例子来自手臂而且台积电他们宣布了一个子系统，该子系统采用ARM的Cortex-M处理器、嵌入式闪存控制器和Cordio无线电IP，他们说这将允许传感器和其他外围设备的集成。ARM系统和软件总经理James McNiven表示，这“使我们的合作伙伴能够将有限的资源集中在系统功能上，从而在他们的市场中脱颖而出。”正是模拟部分提供了这种区分。

”物联网苹果公司的产品营销经理杰夫•米勒(Jeff Miller)表示坦纳EDA通过导师图形．“有多个模拟部件，MEMS(麦克风，压力传感器，加速度计)，任何你想读取或控制的模拟设备的电路，如果它有执行器，然后是收音机，它看起来更像模拟而不是数字，尽管它们确实包含数字组件。最大的价值来自模拟电路。”

微软研发高级集团总监威尔伯·罗对此没有异议节奏．“数字作品是一个状态机，”罗说。“它可能会进行一些校准，并可能卸载一些模拟，但在设计中会有关键的混合信号部分。”

但很少有人会停下来问问，谁将为这些设备做所有必要的模拟设计。模拟设计已经成为许多芯片设计的长极，如果模拟内容增长到芯片的一个重要百分比，将数字预封装为一个子系统，这些设备的设计时间将由模拟主导。

与此同时，人们希望这些设备的使用周期缩短到几个月。有些事情必须改变。“例如，如果芯片包含加速计，”米勒说，“这可能是从零开始设计的。这是长极是有道理的。它必须短得可以接受。”

为了实现这一点，模拟设计周期必须经历一些重大变化——甚至可能是自动化。也许还有其他方法可以加快开发周期。

加快发展
历史表明模拟自动化是不成功的。模拟技术在某些方面的进步很小，但一般来说，模拟自动化已经失败了。“在过去，我们试图将我们的路由技术应用于模拟电路，”的首席执行官说Pulsic．“我们很快意识到，它永远不会达到模拟设计师能够产生的那种结果。有经验的模拟设计师会做一些事情来获得他们需要的结果。”

但有些事情可能不得不改变。“电路设计师会在之前类似设计的基础上，在脑海中制定一个平面图，”罗解释道。“他们在寻找安置或路线方面的帮助。如果你有一个好的，坚固的地方和路由器，那里有很多机会。从历史上看，人们对此存在问题，因为虽然它可能满足了所有的DRC检查，但它可能在美学上并不令人满意。我们必须说服模拟设计师，不太漂亮的设计仍然可以工作。这是一件很难克服的事情。如果它符合设计规范，并从可制造性和参数角度进行了验证，那么他们应该很高兴。他们不能继续把所有东西都调到亚微米级别。”

自动化程度
行业正在从许多不同的角度看待自动化，从完全自动化到流程改进、验证改进、提高抽象级别以及介于两者之间的一切。

Miller说道:“我并不认为模拟合成或自动布局有什么神奇之处。“在可预见的未来，高性能模拟仍将保持黑魔法，全定制流程。我们有很多方法可以在不从根本上改变人们工作方式的情况下加快速度。”

但并不是每个人都需要高性能，只要性能足够好就行了。“模拟设计师并不是在寻找按钮式自动化，”该公司总裁兼首席执行官表示Solido设计自动化．“他们想要控制EDA工具。当你得到你的知识产权从供应商那里，你并不是在做完全定制的模拟，而只是做一个小的差异化设计。这些工具确实需要成熟，以满足不同类型的设计人员的需求——不是专业的模拟设计人员，而是可能不了解模拟芯片所有细节的ASIC设计人员。如果使用现成的IP，而不是定制设计，那么30%到50%的功率/性能/面积可能会被浪费掉。”

这个过程是否可以消除一些单调乏味?“我们正在抽象与设计的交互，这样设计师就不必做那么多的操作，”Fred Sendig说，他是模拟/混合信号组的研究员Synopsys对此．“你可以把它看作是一个结合了符号编辑的学习系统，并将其应用于自动化。还有其他EDA公司已经探索了按钮解决方案，但对于优秀的模拟设计，工程师仍然需要亲自动手。我们实现自动化，但让设计师在任何时候手动干预，然后恢复自动化。辅助自动化消除了模拟设计人员的大部分阻力，因此我们得到了比之前自动化尝试更好的响应。”

其他人则认为他们已经找到了灵丹妙药。威廉姆斯说:“我们分析了发生的事情，意识到一个地点和路线的解决方案行不通。”“我们需要一种全新的方式来看待这个问题，我们称之为多态布局。它查看模拟电路-原理图-并从拓扑结构和网络列表中导出约束，然后确定需要应用哪种布局。它一下子就完成了。”

Williams并不反对模拟设计师介入并提供帮助。“布局人员可能会对结果进行微调，但如果我们能以90%到95%的方式实现它们，他们就不再像过去那样有时间表，人们会主动寻找解决方案。”

Sendig指出，Synopsys中有1400名模拟设计师，因此他们有很大的动力来提高生产力。“过去人们担心，如果增加自动化，模拟设计师就会失业。不正确的。我们让优秀的设计师变得更伟大，更富有成效。”

结构化设计
如果没有抽象，数字设计就不会有今天的进步，但这依赖于综合的可用性。事实证明，地点和路线对模拟来说已经足够困难，但模拟合成在今天几乎是一个梦想。不过，还是有一线希望。“人们正在向更高的抽象层次发展，他们将考虑差分对或电流反射镜，而不是布局晶体管，并将其用作构建模块，”罗说。“它们可以预先制作并进行特性描述，然后可以放置并自动布线。”

Sendig表示同意:“结构化设计将抽象提升了一个层次，设计师可以使用块作为可以实例化的东西，而不是放置每个晶体管。在一些较新的节点中，比如14nm和10nm，它只意味着对器件进行金属化处理，因为你不想处理晶体管的局部互连问题。结构化设计能走多远取决于你使用的方法论。”

但即使在这方面也有一些反对者。Sendig补充道:“这可能会留下一些空间。”“然而，有时情况并非如此，因为通过提高效率，用户可以探索更多的设计空间，并在相同的时间内创造出更好的设计。”

简化流程
但是地点和路线只是模拟流的一部分。Miller说:“作为工具供应商，我们可以在传统流程的范围内加速这一过程。“我们的目标是使其尽可能简单和高效，并尽可能消除障碍。”

Luo提供了这类改进的一个例子。“电感知设计意味着在进行布局时，你可以提取寄生并进行EM分析，而不是三个单独的步骤。这缩短了设计周期，并为布局和电路设计人员提供了电气信息。”

验证要花很多时间。“其中一个挑战是如何减少香料你必须进行模拟，同时保持对各种类型的角分析的完整设计覆盖，”Solido的Gupta说。

他认为有两大趋势正在影响核查工作。“转向更小的工艺节点会产生更多的物理变化，因此需要在这些更大的变化中验证设计。”第二个趋势是物联网和可穿戴设备。“我们看到超低功率正在成为主流，在这种情况下，电压源更低，利润率也更低。”

”Testbench复用已经成为数字领域的一个大项目。”“对于混合信号来说，这正变得越来越重要。UVM度量驱动的验证已经迁移到混合信号。现在我们有了可重用的测试平台组件和断言放置在测试台中，用来监视事情。许多公司将生产物联网设备系列，从而实现大量重用。将会有基于无线标准——Zigbee或802.11的验证组件。你将有基于标准的刺激发生器和监视器，以确保协议是正确的。”

Luo指出，模拟开发人员一直是“SPICE骑手”，从模拟到验证的概念对自定义设计人员来说是全新的，这将是生产力提高的一个大领域。

另一个为数字生产力提供巨大推动的概念是IP模式。Sendig说:“模拟IP通常是硬IP。“你有数据转换器和传感器之类的东西。关于如何连接到它，有一个明确的规范。如果没有差异化，那就买吧。为什么要自己硬呢?如果这很重要，你想要一个差异化的电路，那么你必须设计和实现它。”

另一个有趣的产品介绍是自定义模拟和混合信号EDA开发平台Invionics．Invionics首席执行官表示:“这是对客户压力的直接回应。”“我们现在有一个完整的Verilog-AMS API，使用户能够查找和修改设计元素和连接性。模拟电路更专业，不太主流，因此标准产品的支持较少。”

节点的决策
最新节点上的模拟设计提出了额外的挑战，但大多数物联网设计仍将在更大的流程节点上进行。Gupta解释说:“晶圆代工厂正在将他们的超低功耗工艺组合在一起，用于物联网和可穿戴应用- 65nm低功耗，40nm低功耗和28nm。”在最近的台积电大会上，他们还宣布了16nm LP也适用于物联网和可穿戴设备。”

根据台积电物联网业务发展高级总监Simon Wang的说法，在短期内，这种物联网设备很可能会采用55纳米和40纳米工艺技术制造。

米勒指出:“模拟已经成为手机的一个问题，因为它们正在追逐前沿的处理技术，而模拟变得越来越困难——比数字更加困难。”“对于物联网，他们可以选择更有利于模拟设计的流程节点，因为数字内容更小。我们看到很多从90nm、130nm、180nm开始的模拟设计。”

许多设计人员留在旧节点上，因为性能满足他们的需求，但可能还有其他隐藏的原因。“在某些情况下，如果这样做更容易的话，他们会去下一个流程节点，”威廉姆斯说。“28nm工艺手工制作比较复杂，所以很少有模拟供应商提供这种工艺。在40nm工艺中，它更易于管理，但生产率仍然是一个巨大的优势。”

其他人并没有被这种观点所动摇。Sendig说:“让他们停留在老节点上的不仅仅是生产力，通常还有流程成本。”

大赢家
目前还不清楚传感器设计师是否想要集成其余的电路并制造完整的物联网设备，或者他们是否会将其IP授权给其他人进行集成。古普塔指出:“目前大多数进入者都是现有的知识产权公司，他们正在将物联网功能添加到他们的流程中。“我们还没有看到任何专门针对物联网的新公司成立。”

的首席执行官硅云我有不同的看法。“很多物联网设计公司都是系统公司，他们没有很多芯片设计知识。他们正在用不同的部件把系统组装起来。但他们很快就会意识到这种解决方案不划算，而且没有所需的功率或占地面积。整合它们变得很重要，我们将看到很多这样的事情发生。”

米勒认为，这将取决于大型半导体公司组装芯片，并将其出售给集成公司，以制成最终产品。“从长远来看，成本、规模、功耗等方面的压力很大，它们将推动行业向更高的整合水平发展。它们将被设计成物联网终端用户公司可以使用的现成部件。”

米勒还指出，“传感器是当今的魔法酱，它们与设备制造商之间存在界限。制造传感器的技术非常专业，因此他们应该制造和销售部件，而不是最终设备。”

但是对于模拟设计师来说，这意味着什么呢?它们无疑是一种有限的资源，而且似乎供不应求。他们中的许多人是从艰苦和痛苦的经历中获得经验的。米勒总结道:“模拟专家的人才储备已经很稀缺，如果物联网开始普及，这种情况将会加剧。”