Лекция 2 Принципы проектирования Она всегда давала хорошие советы,хотя следовала им нечасто.

Льюис Кэрролл, «Алиса в Стране чудес»

Будем рассматривать проектирование как процесс преобразования информации, полученной в виде технического задании на разрабатываемое изделие, в информацию, необходимую для его изготовления и контроля на технологическом и контрольно-измерительном оборудовании.

Основные принципы проектирования:

• Декомпозиция (диакоптика)– разбиение сложной задачи на более простые. По Крону: Диакоптика или метод расчленений, объединяет три источника информации, а именно: графы + уравнения, графы + матрицы, граф + коммутативная диаграмма, связанные с данной физической или экономической системой. Граф системы и коммутативная диаграмма используется также для более эффективного применения вычислительных машин;

Можно рассматривать диакоптику как метод декомпозиции с приёмом «пересечения слоя» (границы между подсистемами). Этот приём был переоткрыт исследователями параллельных вычислений и назван методом декомпозиции доменов (Domain Decomposition Methods, DDM).

Крон, несомненно, искал онтологии в технике. Существует многоуровневая иерархическая версия метода, в которой под-подсистемы бесконечно рекурсивно разрывают подсистемы.

Когда появились транспьютеры для многоядерных и многопроцессорных систем, было предложено использовать диакоптику для организации транспьютерных массивов.

Разбиение может быть проведено по количественным признакам, либо по типам параметров, положенных в основу декомпозиции. Декомпозиция приводит к иерархическому принципу проектирования.

• Иерархический принцип– выделение уровней (этапов) проектирования;

При проектировании ИС она может быть представлена принципиальной электрической схемой (этап схемотехнического проектирования), схемами и параметрами компонентов, входящих в электрическую схему (компонентное проектирование) и т.д.

• Итерационный принцип– последовательное приближение к выполнению заданных требований. Итерации могут выполняться как внутри одного этапа проектирования, так и между группами этапов;

• Унификация– уменьшение номенклатуры компонентов и ИС, из которых собирается изделие;

• Контролируемость– проверка правильности выполнения проектных работ. Выполняется для каждого этапа проектирования. Контроль правильности на различных этапах проектирования (верификация) выполняется непосредственно в процессе проектирования и после него.

1. Классификация методов проектирования

Стремление оптимизировать процесс проектирования ИС с учётом степени интеграции, типов активных компонентов и т. д. требует применения «оптимальных» методов проектирования при прохождении общего маршрута.

По способам организации процесса проектирования методы делятся на:

• Экспериментальные–макетирование, физическое моделирование;

Макетирование заключается в разработке и исследовании тестовой ИС, в которую могут входить активные и пассивные компоненты, базовые аналоговые и логические элементы, специальные тестовые структуры для идентификации и контроля параметров компонентов, паразитных элементов, фотошаблонов. Характерной особенностью топологии тестовой схемы является наличие контактных площадок, позволяющих использовать измерительную аппаратуру. Примером тестовой структуры является кольцевой генератор. Измерение рабочей частоты генератора позволяет, в частности, определить (идентифицировать) паразитные ёмкости транзисторов, входящих в генератор.

Результаты макетирования используются для создания библиотек компонентов (ячеек) ИС, а также при разработке библиотек математических моделей компонентов и элементов, которые могут быть использованы в процессе проектирования. Основные недостатки макетирования - большое время и высокая стоимость разработки и изготовления макета.

Достоинство: относительная достоверность результатов.

Физическое моделирование заключается в замене объектов одной физической природы объектами другой физической природы, имеющими одинаковые математические модели.

Наиболее известным примером является применение электролитических ванн при моделировании полей потенциалов в полупроводниковых структурах.

• Теоретические– математическое моделирование;

Математическое моделирование– неизбежный этап(ы) процесса проектирования ИС. Математическое моделирование позволяет достаточно точно моделировать процессы, происходящие в реальных устройствах

По степени автоматизации проектных процедур методы проектирования делятся на:

• Ручные;

• Автоматизированные;

• Автоматические.

Очевидно, что такое деление условно. Очевидно, что с ростом степени интеграции ИС и усложнением задач, решаемых схемами, возрастает потребность в автоматических системах проектирования ИС. Для этого необходимо решить ряд сложных задач, таких как задача структурного синтеза для всех этапов проектирования, восстановление принципиальной электрической схемы из её топологии с учётом паразитных элементов (экстракция), межэтапная верификация и взаимосвязанный контроль на всех этапах проектирования, организации базы знаний и т.д.