СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 6/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 68 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2016 случае начинается от нескольких сотен тысяч долларов и может превышать один миллион долларов. Приобрести такие лицензии в российских условиях могут только крупные компании, кото- рые практически все работают на госу- дарственный заказ. Мелкие и средние компании будут вынуждены пользо- ваться серыми лицензиями на ПО. Значительную долюприбыли компа- ний, поставляющих САПР, составляют дополнительные услуги по обслужива- ниюи настройке программного обеспе- чения, выпуск на заказ инструментов, учитывающих специфические требо- вания заказчика, разработка IP-бло- ков и др. Фактически данный сервис является не дополнительным, а необ- ходимым для любого поставщика САПР. При развитии отечественной САПР ИС необходимо учитывать её инфра- структурный характер. САПР ИС – это дорогостоящий инструмент, который используют не конечные потребите- ли, а разработчики ИС. Для того чтобы в России возник рынок САПР ИС, снача- ла должен возникнуть рынок услуг по разработке ИС. Начинать развивать оте- чественную САПР ИС тогда, когда САПР уже будет востребован, будет явно позд- но, поскольку создание конкурентного продукта потребует до 10 лет даже при наличии высококвалифицированных разработчиков с опытом. К сожалению, ни один из известных нам способов государственной поддержки иннова- ционных проектов в России не годит- ся для инфраструктурных проектов. В силу специфичности рынка, прак- тически все крупные и средние компа- нии-разработчики САПР ИС находятся в США. Возможно, это связано с зако- нопослушностью разработчиков, тру- дящихся в этой стране, поскольку они всё время должны выбирать лучший продукт по соотношению цена-каче- ство. Или же это связано с тем, что уже на начальном этапе формирования рынка в США компаниям-разработчи- кам САПР ИС обеспечивалась серьёз- ная поддержка в виде государствен- ного заказа. В настоящее время самые передовые разработки в этой области попали под экспортные ограничения. Также ограничен доступ российских разработчиков и к передовым микро- электронным технологиям. О СОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ При уменьшении топологических размеров элементов ИС (менее 100 нм) микроэлектроника постепенно пере- ходит в наноэлектронику. Одной из принципиальных особенностей нано- электроники является учёт квантовых эффектов, которые могут иметь пара- зитное влияние на работу активного прибора, или даже работа самого при- бора может строиться на основе кван- товых эффектов. Возможность применения SPICE- моделирования (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) для разработки наносхем подтверждает- ся успешной разработкой моделей перспективных полупроводниковых наноэлементов. В основе таких моде- лей лежат алгоритмы решения систем нелинейных дифференциальных урав- нений. Так, например, уже существу- ют SPICE-модели для одноэлектрон- ных транзисторов и нанотранзисторов на углеродных нанотрубках. С другой стороны, при изготовлении полупро- водниковых наносхем возникает необ- ходимость учёта большого количества специфичных для каждого производ- ства технологических особенностей, не обязательно квантовых. Ведущие мировые компании-производители ИС, такие как TSMC (Тайвань), предо- ставляют специальный программный комплект, позволяющий учитывать тех- нологические особенности в моделях наноэлементов для программ SPICE- моделирования – iSDK (interoperable SPICE Design Kit). Этот программный комплект позволяет учесть особенно- сти изготовления 65 и 40 нм ИС. С другой стороны, с увеличением сте- пени интеграции создаваемых СБИС, с объединением на кристалле различ- ных функциональных блоков, зачастую выполненных по различным техноло- гическим процессам, от разработчика требуется предварительное модели- рование всей системы на транзистор- ном уровне. Огромный объём вычис- лений не позволяет «в лоб» провести моделирование переходных процессов в таких системах-на-кристалле и требу- ет использования специальных мето- дов эффективного распараллеливания вычислений для использования воз- можностей многопроцессорной архи- тектуры суперкомпьютеров. Наиболее показательными с этой точки зрения являются видеосисте- мы на кристалле, которые объединя- ют фотоприёмный массив пикселов, выполненный по технологии 180– 90 нм, и контроллеры с напряжения- ми питания 1,8–1,3 В. Эти параметры являются критическими для обеспе- чения приемлемого качества видео- информации, в особенности реализа- ции аналого-цифрового преобразо- вания с достаточным динамическим диапазоном. В то же время располо- женные рядом схемы обработки изо- бражения, сжатия видеопотока и фор- мирования выходных сигналов могут быть изготовлены в рамках процессов с более низкими проектными норма- ми и напряжениями питания. При этом необходимо учитывать взаимное вли- яние таких подсистем как на тепловом уровне, так и на электромагнитном – по цепям земли и питания, а также через подложку кристалла. Данный пример ещё раз показывает, что развитие передовых методов изго- товления и проектирования электрон- ных схем идёт одновременно с совер- шенствованием средств автоматизи- рованного проектирования. И одно без другого невозможно. В условиях отсутствия доступа к исходным про- граммным кодам и квалифицирован- ной поддержке разработчиков САПР ИС Россия обречена бесконечно дол- го повторять зарубежные разработки с отставанием на десятилетия. Ещё одним немаловажным аргу- ментом за необходимость развивать и использовать отечественную САПР ИС является обеспечение технологи- ческой безопасности. В рамках страте- гии закупки зарубежных средств про- ектирования нельзя гарантировать отсутствие утечки проектной инфор- мации. Известны случаи, когда сред- ства проектирования скрытно соби- рали такую информацию в процессе работы в целях отладки и совершен- ствования САПР самими разработчи- ками. Также, в этом случае, не может идти речь и о безопасном хранении кодов моделей элементов специаль- ного назначения, например, с учётом ионизирующего воздействия, посколь- ку все такие коды пишутся на откры- тых высокоуровневых языках описа- ния поведения модели. САПР ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ СИМИКА История разработки отечествен- ной САПР для создания современных СБИС отмечена интересными веха- ми на протяжении последних 35 лет. Одним из первых интересных решений был комплект программного обеспе- чения КИПАРИС, созданный на кафе- дре проектирования и конструирова-