Хироши Мурата

EDA (Electronic Design Automation) — небольшая индустрия, которая держит под контролем микроэлектронику. Капитализация всех EDA компаний порядка 15 миллиардов долларов — цена одного такого игрока, как Broadcom. Это вовсе не означает, что за несколько десятков миллионов долларов можно ворваться в элиту. Напротив, успех решения в области автоматизации проектирования лежит в области понимания проблем разработчиков и производителей. Мало придумать и реализовать алгоритм. Нужны дружественные клиенты, готовые допустить программистов до разрабатываемых чипов — своей святая святых, дружественные фабрики, готовые сертифицировать тулы под свои процессы. Подобные отношения и понимание выстраиваются годами, их нельзя купить, это истинные высокие технологии — нажитый актуальный технологический опыт. Зато при наличии этих компетенций создание успешного программного продукта под силу одному человеку.

В этот раз я беседовал с господином Хироши Мурата, президентом, сейлом, программистом, бухгалтером и вообще единственным сотрудником компании GemDT. Компания предоставляет своим двадцати клиентам решения в области проектирования корпусов для 3D IC (теперь так принято называть SiP, system in package). Господин президент был в России по приглашению компании Униведа, представлял свои продукты, давал лекции о современном развитии SiP в ЗНТЦ, НИИМА Прогресс, МЦСТ, Зеленоградском техцентре, Ангстреме и других компаниях. Мы же беседовали о том, почему SiP может быть next big thing, в которую самое время инвестировать силы, время и деньги.

Мурата-сан много лет преподавал и выполнял заказные исследования в японском университете. Индустрия заказывала достаточно много исследований. В это время профессор познакомился с нынешними клиентами — Toshiba, Rikoh,  Daisho. Затем наступила рецессия, заказы на исследования стали иссякать, но задачи и проблемы никуда не делись. Одну из задач удалось решить для Тошибы. Полученный в результате программный продукт дал жизнь компании GemDT, а первым клиентом стала Тошиба.

Господин Мурата занимается технологиями 3D IC, которые позволяют разместить в одном корпусе несколько микросхем. Тема относительно новая. Много лет микросхемы устанавливались в стандартные корпуса, развести контакты от микросхемы к выводам корпуса было достаточно простой задачей. Около десяти лет назад мобильные телефоны, цифровые видеокамеры и подобная носимая электроника радикально поменяли требования к размерам электронной начинки. Оказалось, что не оптимально располагать отдельно на одной плате микросхему-контроллер и память. Эти микросхемы стали устанавливать максимально близко друг к другу, в одном корпусе. За счет этой близости увеличилась скорость обмена данных между микросхемами, но добавились проблемы — микросхемы больше не получается рассматривать по отдельности. Тепловые, электромагнитые, механические и прочие эффекты теперь нужно рассматривать в целом. Помимо того, что микросхемы сами по себе воздействуют друг на друга, межсоединения тоже вносят свою свою существенную лепту, так что в цикл разработки пришлось добавить цикл “развели контакты в корпусе — пересимулировали всю систему”.

Технологии производства приносят новые возможности и сложности. Характерные размеры чипа меньше, чем у платы, а значит, требуются более миниатюрные нормы и правила техпроцесса, что влечёт уменьшение количества годных изделий. Впрочем, уменьшение количества годных на выходе компенсируется возможностью сделать больше изделий на одной подложке. В результате получается то же количество изделий, но меньшего размера. Однако в этом случае  возрастают относительные размеры структур, которые надо учитывать при проектировании, резко падает качество автоматической разводки, поэтому приходится все делать вручную. Зукен - один из мировых лидеров по созданию программ для разработки печатных плат — предлагает автоматическое решение, но по причине неудовлетворительного качества оно практически не используется . При том,что для разводки микросхем и печатных плат придумано много алгоритмов — grid routing, no grid routing, hightower routing, shape based routing, rubberband — для SiP их не удалось применить, очень уж специфические требования предъявляет технология. Правила проектирования формулируются не в геометрических, а в электрических терминах, поэтому алгоритмы должны в себе сочетать геометрию, схемотехнику и физику.

GemDT в цикле проектирования системы в корпусе позволяет упростить этап планирования расположения выходных контактов. В этом случае можно отдельно разрабатывать плату и отдельно SiP , которая будет установлена на плате. В качестве входных данных программы используется список выводов, план размещения (floorplan) микросхемы, упрощенные правила проектирования. На основе этой информации с помощью rubberband алгоритмов предлагаются приблизительные пути разводки, чтобы уже на основе полученных данных проводить предварительное симулирование.

Иными словами, еще один инструмент в ряду помогающих ускорить разработку SiP и плат с их использованием. Тема необъятная и актуальная. Сегодня в этой области лучше всего себя чувствует Cadence, с их многолетним опытом работы в смешанном проектировании и широким спектром решений на все случаи жизни. Однако проблема автоматизации разводки SiP не решена. Да, опытный инженер найдет решение более оптимальное, чем автомат, но есть два принципиальных ограничения. Опытного инженера еще надо подготовить, а подготовив — удерживать, повышать квалификацию. Кроме того, вручную можно сделать достаточно ограниченный объем работ — руками миллиарды элементов не расставить. Так что  Мурата-сан не сомневается: тот, кто приблизит качество автоматической разводки внутри корпуса к ручной, будет править бал в области разработки SiP. То есть везде, где вам нужно установить вместе несколько микросхем с разными технологическими нормами производства — сенсор, контроллер и память. Например, Internet of Things.

Кроме предварительной оценки разводки GemDT используется для интеграции различных инструментов разработки систем в корпусе. Симуляторов и верификаторов разработано много, необходимо заставить говорить на одном языке весь зоопарк средств разработки микросхем, корпусов и печатных плат в одном маршруте, чтобы, например, результаты симуляции микросхемы можно было безболезненно использовать для симуляции всего изделия. Разработкой корпусов и симуляцией на системном уровне занимаются уже не только EDA компании, но и, например, компания Ansys, специализирующаяся на “моделировании вообще”, так что увязывание этих продуктов с маршрутами проектирования EDA поставщиков очень даже актуально.

В Японии эта задача вылилась в работу по разработке нового стандарта описания данных — LPB, LSI-Package-Board, БИС-Корпус-Плата. IEEE очень заинтересован в принятии этого стандарта, есть шанс, что его доработают в течение года-двух, вместо обычных пяти. Когда доработают, Cadence и Synopsys начнут разрабатывать версии своих изделий, которые этот стандарт поддерживают. Или посмотрят на рынок: может уже что готовое есть. Таким образом, сейчас открывается интересное окно возможностей на потенциально гигантском рынке IOT. Объединение схемотехнических, геометрических и физических подходов в одном решении. Актуальность задачи увеличивается буксующим прогрессом в плане разработки и принятия новых технологических норм. Уменьшение размеров микросхем затягивается, но маркетинговые отделы уже почувствовали вкус добавления ядер к мобильным устройствам. Вот и AMD уже подтянулись.

Возвращаясь к началу статьи нельзя не отметить, что объединение разных математических и физических подходов выглядит как почти идеальный вариант для исследований и последующего вывода находок на широкий рынок. У нынешних игроков EDA очень много специализированных решений и команд, которые далеко не всегда дружат друг с другом, что уж говорить о конкурентных продуктах или смежных отраслях. При этом рынок в России найти можно, все-таки заказов на производство печатных плат хватает, иные стоит упаковать в SiP. Важно то, что есть ЗНТЦ — производство, с которым можно отлаживать процессы производства и бизнес. Ну и за менторами дело не станет. Господин Мурата с большим энтузиазмом отнесся к идее поделиться знаниями и знакомствами с теми, кто рискнет нырнуть в EDA.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>