01 ? ? 從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)說(shuō)起

30年前的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)是一場(chǎng)典型的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)。在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中，以美國(guó)為首的多國(guó)部隊(duì)，空軍用了38天，地面部隊(duì)僅100小時(shí)，以微弱的損失達(dá)成了戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利。事后有評(píng)論說(shuō)這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，“是一場(chǎng)硅片擊敗鋼鐵的勝利”，這里的“硅片”就是指以芯片為基礎(chǔ)的電子信息系統(tǒng)。

在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中，有出盡了風(fēng)頭的“愛(ài)國(guó)者”和“飛毛腿”導(dǎo)彈。記得那時(shí)電視經(jīng)常會(huì)報(bào)道“愛(ài)國(guó)者”攔截“飛毛腿”的新聞，有時(shí)還會(huì)碰到直播。早期新聞報(bào)道，愛(ài)國(guó)者攔截成功率有90%，后來(lái)報(bào)道數(shù)據(jù)造假，實(shí)際成功率只有30%-50%。

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，另一個(gè)搶眼的明星，F(xiàn)-117隱身轟炸機(jī)。該飛機(jī)在雷達(dá)上的面積比一只鳥(niǎo)還要小，幾乎可以忽略不計(jì)。

該飛機(jī)的設(shè)計(jì)理念最早來(lái)自于前蘇聯(lián)一位數(shù)學(xué)家彼得?烏菲莫切夫。1964年該數(shù)學(xué)家在莫斯科無(wú)線電工程研究所的期刊上發(fā)表了題為

“Method Of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction”的論文。翻譯過(guò)來(lái)就是“物理衍射理論中的邊緣波方法”，彼得?烏菲莫切夫從數(shù)學(xué)角度證明了物體返回的雷達(dá)強(qiáng)度和物體的邊緣形狀有關(guān)，而與大小無(wú)關(guān)，并且計(jì)算出了沿機(jī)翼表面和邊緣的雷達(dá)反射面。計(jì)算結(jié)果表面即使是大型飛機(jī)，其機(jī)翼按照一定規(guī)則設(shè)計(jì)，可以顯著的降低雷達(dá)反射面(RCS)。但是按照這種規(guī)則設(shè)計(jì)的飛機(jī)在空氣動(dòng)力學(xué)上存在不穩(wěn)定，而且當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)也無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足飛行和設(shè)計(jì)需求。70年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)有了飛速發(fā)展，當(dāng)時(shí)洛克希德公司分析師發(fā)現(xiàn)了該論文，同期DARPA簽發(fā)了建造“隱身攻擊機(jī)”的需求，也就有了后來(lái)的一系列隱身研發(fā)項(xiàng)目。

現(xiàn)在借助于CAE/EDA等電磁仿真軟件，精確建模和大型計(jì)算機(jī)，我們可以輕松準(zhǔn)確地計(jì)算出F-117以及B-2的雷達(dá)反射面積(RCS)，并采取相應(yīng)的反制措施。

02 ? ? EDA概述

維基百科上的解釋是：EDA，也稱(chēng)ECAD，是一類(lèi)用于設(shè)計(jì)集成電路和印刷電路板等電子系統(tǒng)的軟件工具。這些工具用來(lái)幫助芯片設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)和分析整個(gè)半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)流程中協(xié)同工作，由于現(xiàn)代半導(dǎo)體可以包含數(shù)十億以上的組件，因此EDA工具對(duì)于設(shè)計(jì)非常重要。

百度百科解釋?zhuān)篍DA是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件，來(lái)完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)（包括布局、布線、版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計(jì)方式。

部分書(shū)籍上介紹：EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化

(Electronics Design Automation）的縮寫(xiě)，在20世紀(jì)60年代2中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來(lái)的。EDA技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。

從一般意義上講，EDA遠(yuǎn)不止此，所有跟電子設(shè)備和裝備相關(guān)的設(shè)計(jì)，仿真，驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)等相關(guān)都可以納入EDA的范疇，類(lèi)似于CAE。從納米級(jí)的器件晶體管，到IC集成電路，PCB，顯卡，收音機(jī)，家用電器，手機(jī)電腦，車(chē)載電子系統(tǒng)，天線，大型相控陣?yán)走_(dá)，其實(shí)都和EDA相關(guān)。目前大家對(duì)EDA的解讀主要在于集成電路設(shè)計(jì)，這個(gè)屬于行業(yè)理解范疇，沒(méi)什么問(wèn)題。而通常講的EDA，主要是指EDA軟件，是工業(yè)軟件一個(gè)子類(lèi)，也是一直以來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)展最弱的工業(yè)軟件之一。

03 ? ? 再聊芯片

考慮到EDA和芯片緊密相關(guān)，所以芯片內(nèi)容也稍微展開(kāi)介紹一下：

進(jìn)一步展開(kāi)：

以上圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)

04 ? ? TCAD

TCAD(Technology CAD)是一個(gè)專(zhuān)有名詞，主要涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域晶體管的器件仿真和工藝仿真。

MOSFET: Metal-Oxide

Semiconductor Field Effect Transistor?

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

FinFET:?Fin?Field-Effect Transistor? 鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管

GAAFET: Gate All Around?FET(全柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)

CMOS: Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor?互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，區(qū)別“感光元器件”

以上圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)

其中，2022年8月，美國(guó)商務(wù)部限制出口的EDA軟件就是專(zhuān)門(mén)用于GAAFET晶體管的設(shè)計(jì)仿真，該晶體管可以支持3納米的制程。

TCAD軟件是針對(duì)晶體管器件設(shè)計(jì)仿真和工藝仿真。晶體管的作用主要是在物理層表示數(shù)字上的1和0。器件仿真對(duì)象是成形的結(jié)構(gòu)，其理論基礎(chǔ)是通過(guò)調(diào)節(jié)器件里的電子和空穴狀態(tài)，來(lái)表征不同特性。多數(shù)載流子為電子的半導(dǎo)體為n型，多數(shù)載流子為空穴的為p型，一個(gè)p型和n型可以構(gòu)成最簡(jiǎn)單的pn結(jié)，pn結(jié)具有單向?qū)щ娦?，是許多器件所利用的基本特性；工藝仿真則是針對(duì)晶體管制造工藝過(guò)程，包括類(lèi)似光刻，刻蝕，粒子注入過(guò)程中的模擬仿真等等，這里就不展開(kāi)了。

TCAD數(shù)值計(jì)算中的PDE為漂移-擴(kuò)散方程，該方程是用來(lái)描述半導(dǎo)體中載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方程。它描述了兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)：擴(kuò)散電流和漂移電流。漂移擴(kuò)散方程和泊松方程一起可以用來(lái)計(jì)算半導(dǎo)體內(nèi)的電勢(shì)分布和載流子濃度分布，該模型應(yīng)用廣泛，屬于用半經(jīng)典性模型。

摩爾定律

摩爾定律是英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾的經(jīng)驗(yàn)之談，其核心內(nèi)容為：集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過(guò)18個(gè)月到24個(gè)月便會(huì)增加一倍。換言之，處理器的性能大約每?jī)赡攴槐?，同時(shí)價(jià)格下降為之前的一半。

簡(jiǎn)單理解就是單位面積的晶體管數(shù)量越多，其計(jì)算能力就越強(qiáng)。下圖展示了不同時(shí)期Intel處理器上晶體管的數(shù)量。橫軸是時(shí)間，豎軸是晶體管數(shù)量。

總之，TCAD可以認(rèn)為是EDA領(lǐng)域下面一個(gè)非常細(xì)分的領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外的玩家也比較少，市場(chǎng)上主流的兩款軟件Sentaurus和Slivaco。

05 ? ? 復(fù)習(xí)電磁波

1864年，英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，建立了完整的電磁波理論。他斷定電磁波的存在，推導(dǎo)出電磁波與光具有同樣的傳播速度。

1887年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。之后，1898年，馬可尼又進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)，不僅證明光是一種電磁波，而且發(fā)現(xiàn)了更多形式的電磁波，它們的本質(zhì)完全相同，只是波長(zhǎng)和頻率有很大的差別。

電磁波有三大屬性，即振幅（強(qiáng)度、光強(qiáng)）、頻率（波長(zhǎng)）和波形（頻譜分布），對(duì)于可見(jiàn)光而言，這三者分別對(duì)應(yīng)光顏色的明度，色相和色度，對(duì)于單一頻率的電磁波而言，還有初相位的概念，其波形為正弦曲線（余弦曲線），稱(chēng)之為正弦波（余弦波），電磁波的波形越接近正弦波，其頻譜越純粹，單色性越好，典型的例子就是激光。

電磁波的一個(gè)重要屬性是頻率，它可以決定電磁波的各種性質(zhì)，但是描述電磁波的頻率，不一定必須用頻率本身，還可以是和頻率有關(guān)的物理量，常用的有波長(zhǎng)（如果不做任何說(shuō)明，則默認(rèn)指真空中的波長(zhǎng)，與頻率是唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系，成反比）、光子能量（與頻率成正比）、波數(shù)（波長(zhǎng)的倒數(shù)，與頻率成正比，默認(rèn)為真空中的波長(zhǎng)）和周期（與頻率成反比）等。

電磁波理論的建立和完善，是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要理論基礎(chǔ)。

06 ? ? 電磁數(shù)值計(jì)算方法

計(jì)算電磁學(xué)CEM（computational electromagnetics）是筆者在研發(fā)過(guò)程中認(rèn)為最復(fù)雜的物理場(chǎng)，難度在CFD和計(jì)算材料學(xué)之上。計(jì)算電磁學(xué)的復(fù)雜主要表現(xiàn)在物理場(chǎng)抽象，計(jì)算規(guī)模大，同時(shí)求解方法眾多，涉及到大量的底層技術(shù)知識(shí)，電磁波在不同頻率上所表現(xiàn)的特質(zhì)完全不同。電磁求解的PDEs(偏微分方程組)是麥克斯韋方程組：

求解電磁學(xué)可分為三類(lèi)：解析法，數(shù)值法，以及半解析半數(shù)值。

? 時(shí)域方法與譜域方法

電磁學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法可以分為時(shí)域方法(Time Domain或TD)和頻域方法(Frequeney Domain或FD)兩大類(lèi)。

時(shí)域方法對(duì)Maxwell方程按時(shí)間步進(jìn)后求解有關(guān)場(chǎng)量。最著名的時(shí)域方法是時(shí)域有限差分法(Finite Difference Time Domain或FDTD)。這種方法通常適用于求解在外界激勵(lì)下場(chǎng)的瞬態(tài)變化過(guò)程。若使用脈沖激勵(lì)源，一次求解可以得到一個(gè)很寬頻帶范圍內(nèi)的響應(yīng)。時(shí)域方 法具有可靠的精度，更快的計(jì)算速度，并能夠真實(shí)地反映電磁現(xiàn)象的本質(zhì)，特別是在諸如短脈沖雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別、時(shí)域測(cè)量、寬帶無(wú)線電通訊等研究領(lǐng)域更是具有不可 估量的作用。

頻域方法是基于時(shí)諧微分、積分方程，通過(guò)對(duì)N個(gè)均勻頻率采樣值的傅立葉逆變換得到所需的脈沖響應(yīng)，即研究時(shí)諧(Time Harmonic)激勵(lì)條件下經(jīng)過(guò)無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間后的穩(wěn)態(tài)場(chǎng)分布的情況，使用這種方法，每次計(jì)算只能求得一個(gè)頻率點(diǎn)上的響應(yīng)。過(guò)去這種方法被大量使用，多半是 因?yàn)?a target="_blank">信號(hào)、雷達(dá)一般工作在窄帶。當(dāng)要獲取復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)域超寬帶響應(yīng)時(shí)，如果采用頻域方法，則需要在很大帶寬內(nèi)的不同頻率點(diǎn)上的進(jìn)行多次計(jì)算， 然后利用傅立葉變換來(lái)獲得時(shí)域響應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算量較大；如果直接采用時(shí)域方法，則可以一次性獲得時(shí)域超寬帶響應(yīng)數(shù)據(jù)，大大提高計(jì)算效率。特別是時(shí)域方法還能 直接處理非線性媒質(zhì)和時(shí)變媒質(zhì)問(wèn)題，具有很大的優(yōu)越性。時(shí)域方法使電磁場(chǎng)的理論與計(jì)算從處理穩(wěn)態(tài)問(wèn)題發(fā)展到能夠處理瞬態(tài)問(wèn)題，使人們處理電磁現(xiàn)象的范圍得 到了極大的擴(kuò)展。

頻域方法可以分成基于射線的方法(Ray-based)和基于電流的方法(Current-based)。前者包括幾何光 學(xué)法(GO)、幾何繞射理論(GTD)和一致性繞射理論(UTD)等等。后者主要包括矩量法(MoM)和物理光學(xué)法(PO)等等?；谏渚€的方法通常用光 的傳播方式來(lái)近似電磁波的行為，考慮射向平面后的反射、經(jīng)過(guò)邊緣、尖劈和曲面后的繞射。當(dāng)然這些方法都是高頻近似方法，主要適用于那些目標(biāo)表面光滑，其細(xì) 節(jié)對(duì)于工作頻率而言可以忽略的情況。同時(shí)，它們對(duì)于近場(chǎng)的模擬也不夠精確。另一方面，基于電流的方法一般通過(guò)求解目標(biāo)在外界激勵(lì)下的感應(yīng)電流進(jìn)而再求解感 應(yīng)電流產(chǎn)生的散射場(chǎng)，而真實(shí)的場(chǎng)為激勵(lì)場(chǎng)與散射場(chǎng)之和。基于電流的方法中最著名的是矩量法。矩量法嚴(yán)格建立在積分方程基礎(chǔ)上，在數(shù)字上是精確的。其實(shí)，我 們并不能判斷它是一種低頻方法或者是高頻方法，只是矩量法所需要的存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間隨未知元數(shù)的快速增長(zhǎng)阻止了其對(duì)高頻情況的應(yīng)用，因而它只好被限定在 低頻至中頻的應(yīng)用上。物理光學(xué)法可以認(rèn)為是矩量法的一種近似，它忽略了各子散射元間的相互耦合作用，這種近似對(duì)大而平滑的目標(biāo)是適用的，但是目標(biāo)上含有邊 緣、尖劈和拐角等外形的部件時(shí)，它就失效了。當(dāng)然，對(duì)于簡(jiǎn)單形狀的物體，PO法還是一個(gè)常用的方法，畢竟，它的求解過(guò)程很迅速，并且所需的存儲(chǔ)空間也非常 少(O(N))。

? 積分方程法與微分方程法

從求解的方程形式又可以分成積分方程法(IF)和微分方程法(DE)。IE法 與DE法相比，特點(diǎn)如下：(1)IE法的求解區(qū)域維數(shù)比DE法少一維，誤差僅限于求解區(qū)域的邊界，故精度高；(2)IE法適宜于求解無(wú)限域問(wèn)題，而DE法 用于無(wú)限域問(wèn)題的求解時(shí)則要遇到網(wǎng)格截?cái)鄦?wèn)題；(3)IE法產(chǎn)生的矩陣是滿(mǎn)的，階數(shù)小，DE法所產(chǎn)生的矩陣是稀疏的，但階數(shù)大；(4)IE法難處理非均 勻、非線性和時(shí)變媒質(zhì)問(wèn)題，而DE法則可以直接用于這類(lèi)問(wèn)題。因此，求解電磁場(chǎng)工程問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)有四種方式：頻域積分方程(FDIE)、頻域微分方程 (FDDE)、時(shí)域微分方程(TDDE)和時(shí)域積分方程(TDIE)。

計(jì)算電磁學(xué)也可以分成基于微分方程的方法(Differential Equation)和基于積分方程的方法(Integral Equation)兩類(lèi)。前者包括FDTD、時(shí)域有限體積法FVTD、頻域有限差分法FDFD、有限元法FEM。在微分方程類(lèi)數(shù)值方法中，其未知數(shù)理論上 講應(yīng)定義在整個(gè)自由空間以滿(mǎn)足電磁場(chǎng)在無(wú)限遠(yuǎn)處的輻射條件。但是由于計(jì)算機(jī)只有有限的存貯量，人們引入了吸收邊界條件來(lái)等效無(wú)限遠(yuǎn)處的輻射條件，使未知數(shù) 局限于有限空間內(nèi)。即便如此，其所涉及的未知數(shù)數(shù)目依然龐大(相比于邊界積分方程而言)。同時(shí)，由于偏微分方程的局域性，使得場(chǎng)在數(shù)值網(wǎng)格的傳播過(guò)程中形 成色散誤差。所研究的區(qū)域越大，色散的積累越大。數(shù)目龐大的未知數(shù)和數(shù)值耗散問(wèn)題使得微分方程類(lèi)方法在分析電大尺寸目標(biāo)時(shí)遇到了困難。對(duì)于FEM方法，早期基于節(jié)點(diǎn)(Node-based)的處理方式有可能由于插值函數(shù)的導(dǎo)數(shù)不滿(mǎn)足連續(xù)性，而導(dǎo)致不可預(yù)知的偽解問(wèn)題，使得這種在工程力學(xué)中非常成功的方法在電磁學(xué)領(lǐng)域內(nèi)無(wú)法大展身手，直到一種基于棱邊(Edge-based)的處理方式的出現(xiàn)后，這個(gè)問(wèn)題才得以解決。同樣，電磁有限元高階單元可以提升計(jì)算精度，降低網(wǎng)格要求。

積分方程類(lèi)方法主要包括各類(lèi)基于邊界積分方程(Boundary Integral Equation)與體積分方程(Volume Integral Equation)的方法。與微分類(lèi)方法不同，其未知元通常定義在源區(qū)，比如對(duì)于完全導(dǎo)電體(金屬)未知元僅存在于表面，顯然比微分方程類(lèi)方法少很多；而格林函數(shù)(Green’s Function)的引入，使得電磁場(chǎng)在無(wú)限遠(yuǎn)處的輻射條件己解析地包含在方程之中。場(chǎng)的傳播過(guò)程可由格林函數(shù)精確地描述，因而不存在色散誤差的積累效應(yīng)。

07 ? ? EDA里的多物理場(chǎng)分析

EDA中的仿真分析除了器件仿真，電路仿真以及電磁仿真外，多物理場(chǎng)仿真也不可或缺，其中包括：

1.力學(xué)分析

手機(jī)跌落很容易對(duì)其中電子器件造成損壞，所以需要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，保證手機(jī)中的電子器件在沖擊荷載下仍然能正常工作。交通裝備比如列車(chē)，飛機(jī)等在高速運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的振動(dòng)極易造成電子器件脫落和失效，也是力學(xué)分析的重點(diǎn)。其主要工具就是之前提到的顯式動(dòng)力學(xué)軟件LSDYNA，Altair開(kāi)源的openRadioss以及Abaqus的顯式模塊等。

2.熱分析

熱分析是電子器件分析的重點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約80%的電子器件失效并不是“用”壞的，而是燒壞的，其原因在于電子器件在工作時(shí)高溫狀態(tài)。同時(shí)溫度越高，芯片工作效率就越低。所以控制工作溫度也就是電子設(shè)備器件設(shè)計(jì)的重中之重。一般的CAE軟件都能進(jìn)行熱分析，是工業(yè)軟件仿真最基本的功能。

3.?熱應(yīng)力

電子器件溫度升高不僅影響器件本身，而且還會(huì)改變電路特性，此外由于溫度改變，產(chǎn)生額外熱應(yīng)力(Thermal Stress)，造成器件損壞或脫落，也是力學(xué)分析中的重點(diǎn)。熱應(yīng)力耦合是最基礎(chǔ)的多物理場(chǎng)仿真。

4. CFD

芯片中的CFD分析主要是針對(duì)散熱，相比一般的CFD計(jì)算，計(jì)算模型偏于簡(jiǎn)單。CFD散熱和電路熱分析也是比較典型的弱耦合分析。

08 ? ? 電路理論和設(shè)計(jì)內(nèi)容

IC?和PCB

IC(Integrated Circuit)一般指集成電路，是一種微型電子器件，IC的制作過(guò)程是將一個(gè)電路中所需要的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連在一起，并制作在一塊或者幾小塊的半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，最后成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。

PCB(Printed Circuit Board)也就是常說(shuō)的印制電路板，是電子元器件電氣相互連接的載體。印刷電路板從單面板發(fā)展到多面板，其所具備的性能越來(lái)越強(qiáng)大，在智能電子設(shè)備生產(chǎn)中占據(jù)著重要的地位

09 ? ? 研發(fā)人員需要了解什么

上圖是多次提到的工業(yè)軟件研發(fā)內(nèi)容，和EDA的研發(fā)內(nèi)容其實(shí)也高度吻合，比如CST，HFSS都需要三維幾何內(nèi)核和顯示引擎，使用有限元方法需要網(wǎng)格系統(tǒng)和求解大規(guī)模線性方程組，設(shè)計(jì)無(wú)一例外的需要優(yōu)化算法，比如布線，參數(shù)掃描。而類(lèi)似掃頻功能天然適合HPC高性能計(jì)算。AI已經(jīng)應(yīng)用到PCB布線功能中。

最后再?gòu)?qiáng)調(diào)下，文件介紹主要針對(duì)工業(yè)軟件的研發(fā)人員，屬于科普性質(zhì)，因此在很多領(lǐng)域描述并不詳盡或準(zhǔn)確，尤其是涉及到半導(dǎo)體材料，工藝，產(chǎn)業(yè)鏈，行業(yè)發(fā)展歷史以及設(shè)計(jì)仿真具體相關(guān)內(nèi)容。

10 ? ? 什么是封裝？

封裝，Package，是把集成電路裝配為芯片最終產(chǎn)品的過(guò)程，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是把鑄造廠生產(chǎn)出來(lái)的集成電路裸片（Die）放在一塊起到承載作用的基板上，把管腳引出來(lái)，然后固定包裝成為一個(gè)整體。

不同的計(jì)算和通信功能可能集成在一個(gè)硅單片上，通常被稱(chēng)為片上系統(tǒng)(System on Chip)或SoC集成；或者異構(gòu)集成在封裝內(nèi)，通常稱(chēng)為系統(tǒng)級(jí)封裝(System in Package, SiP)。片上系統(tǒng)集成技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于縮短了互連長(zhǎng)度，提高了信號(hào)質(zhì)量，由于IP核之間的高效片上鏈接降低了系統(tǒng)功耗，同時(shí)也因從整體上減少了硅片面積而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了摩爾定律。

? 為什么要三維封裝？

傳統(tǒng)工藝一般都是2D或2.5D封裝，但隨著對(duì)芯片功耗，小型化以及工藝的提升，目前主流封裝采用三維封裝。

通過(guò)三維封裝技術(shù)可以大幅度縮小電子產(chǎn)品尺寸和減輕重量，降低功耗。

常用的封裝架構(gòu)有：

芯片+芯片

封裝+封裝

異構(gòu)集成（Chiplet，芯片堆疊，封裝堆疊）

封裝設(shè)計(jì)是芯片和EDA領(lǐng)域非常重要的一塊業(yè)務(wù)，其標(biāo)準(zhǔn)制定也是各大軟硬件廠商搶占的制高點(diǎn)。比如Intel主導(dǎo)的UCIe標(biāo)準(zhǔn)就是制定了一系列Chiplet連接標(biāo)準(zhǔn)，成立的UCIe聯(lián)盟則是讓更多的軟硬件公司使用和支持其標(biāo)準(zhǔn)，建立生態(tài)。而先進(jìn)封裝涉及到材料，器件，工藝，制造設(shè)備，EDA軟件等等，也是行業(yè)技術(shù)水平的集中體現(xiàn)。

11 ? ? 什么是IP核？

IP也就是Intellectual Property，知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

IP核就是知識(shí)產(chǎn)權(quán)核或知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊的意思，在EDA技術(shù)開(kāi)發(fā)中具有十分重要的地位。IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）核將一些在數(shù)字電路中常用，但比較復(fù)雜的功能塊，如FIR濾波器、SDRAM控制器、PCI接口等設(shè)計(jì)成可修改參數(shù)的模塊。隨著CPLD/FPGA的規(guī)模越來(lái)越大，設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜（IC的復(fù)雜度以每年55%的速率遞增，而設(shè)計(jì)能力每年僅提高21%），設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)是在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)完成復(fù)雜的設(shè)計(jì)。調(diào)用IP核能避免重復(fù)勞動(dòng)，大大減輕工程師的負(fù)擔(dān)，因此使用IP核是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，IP核的重用大大縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。

從軟件工程角度理解，IP核可以看作是已經(jīng)開(kāi)發(fā)好的可以復(fù)用的模塊，或者第三方庫(kù)。有些公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)IP核，就類(lèi)似QT公司專(zhuān)注做軟件的GUI。

12 ? ? 什么是PDK？

集成電路PDK 是 Process Design Kit 的縮寫(xiě)，是制造和設(shè)計(jì)之間溝通的橋梁，是模擬電路設(shè)計(jì)的起始點(diǎn)。

PDK是芯片設(shè)計(jì)流程中與EDA工具一起使用的特定于代工廠的數(shù)據(jù)文件和腳本文件的集合。PDK的主要組件是模型，符號(hào)，工藝文件，參數(shù)化單元（PCell）和規(guī)則文件。使用PDK，設(shè)計(jì)人員可以快速啟動(dòng)芯片設(shè)計(jì)，并從原理圖輸入到版圖輸出，無(wú)縫地完成設(shè)計(jì)流程。

13 ? ? 什么是SPICE

目前構(gòu)成器件模型的方法有兩種：一種是從元器件的電學(xué)工作特性出發(fā)，把元器件看成‘黑盒子’，測(cè)量其端口的電氣特性，提取器件模型，而不涉及器件的工作原理，稱(chēng)為行為級(jí)模型。這種模型的代表是IBIS模型和S參數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是建模和使用簡(jiǎn)單方便，節(jié)約資源，適用范圍廣泛，特別是在高頻、非線性、大功率的情況下行為級(jí)模型幾乎是唯一的選擇，缺點(diǎn)是精度較差，一致性不能保證，受測(cè)試技術(shù)和精度的影響；另一種是以元器件的工作原理為基礎(chǔ)，從元器件的數(shù)學(xué)方程式出發(fā)，得到的器件模型及模型參數(shù)與器件的物理工作原理有密切的關(guān)系。SPICE模型是這種模型中應(yīng)用最廣泛的一種，其優(yōu)點(diǎn)是精度較高，特別是隨著建模手段的發(fā)展和半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步和規(guī)范，人們已可以在多種級(jí)別上提供這種模型，滿(mǎn)足不同的精度需要。缺點(diǎn)是模型復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。

14 ? ? 什么是高頻電路?

高頻電路有其特殊性，主要原因在于一方面電阻，電感，電容等各種電路元器件隨工作頻率表現(xiàn)出高度非線性特征，另外在高頻工作時(shí)，電路受電磁場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)明顯，其工作原理和低頻電路完全不同，比如高頻電路常見(jiàn)的趨膚效應(yīng)，寄生電容，電磁串?dāng)_等。

對(duì)于高頻電路，有對(duì)應(yīng)的分析內(nèi)容，主要包括信號(hào)完整性SI(Signal Integration)和電源完整性?PI(Power Integration)

對(duì)高頻電路的理解可以從傳輸線開(kāi)始，一般的PCB設(shè)計(jì)書(shū)上都有介紹。

15 ? ? 什么是前端設(shè)計(jì)和后端設(shè)計(jì)？

互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有前端和后端之分，前端主要指基于網(wǎng)頁(yè)等的表示層客戶(hù)端，而后端主要指以數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)處理為主的服務(wù)端。

EDA前端設(shè)計(jì)主要是邏輯設(shè)計(jì)，前端以設(shè)計(jì)架構(gòu)為起點(diǎn)，以生成可以布局布線的網(wǎng)表為終點(diǎn)，是用設(shè)計(jì)的電路實(shí)現(xiàn)想法；

后端是物理設(shè)計(jì)，數(shù)字后端以布局布線為起點(diǎn)，以生成可以可以送交foundry進(jìn)行流片的GDSII文件為終點(diǎn)，是將設(shè)計(jì)的電路制造出來(lái)，在工藝上實(shí)現(xiàn)想法。

16 ? ? 天線系統(tǒng)

天線系統(tǒng)是由發(fā)射天線和接收天線組成的系統(tǒng)。前者是將導(dǎo)行波模式的射頻電流或電磁波變換成擴(kuò)散波模式的空間電磁波的傳輸模式轉(zhuǎn)換器；后者是其逆變換的傳輸模式轉(zhuǎn)換器。

通常EDA軟件需要精確仿真計(jì)算天線的各種性能，包括二維三維遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)輻射方向圖，天線的方向性，增益，軸比，半功率波瓣寬度，內(nèi)部電磁場(chǎng)分布，天線阻抗，電壓駐波比，S參數(shù)等相關(guān)內(nèi)容。

17 ? ? RICS-V是什么？

RISC-V是一種精簡(jiǎn)的指令集計(jì)算機(jī)（RISC）架構(gòu)，與Arm，Power或Sun SPARC并無(wú)不同。但是與以前的RISC處理器不同，RISC-V是完全開(kāi)源的，任何人都可以免費(fèi)使用。它也很小，只有47條指令。相比之下，Arm有200多條指令，而AMD和Intel使用的復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC）架構(gòu)可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1，500條指令，同時(shí)也無(wú)需RAM或者X86架構(gòu)的高額授權(quán)費(fèi)用，使得RICS-V成為國(guó)內(nèi)很多芯片設(shè)計(jì)公司的首選。

18 ? ? 電磁兼容EMC

EMC(Electro Magnetic Compatibility)——電磁兼容，是指電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中，按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。就世界范圍來(lái)說(shuō)，電磁兼容性問(wèn)題已經(jīng)形成一門(mén)新的學(xué)科，也是一門(mén)以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)，包括信息、電工、電子、通信、材料、結(jié)構(gòu)等學(xué)科的邊緣科學(xué)，同時(shí)也是一門(mén)實(shí)踐性比較強(qiáng)的學(xué)科，需要產(chǎn)品工程師具有豐富的實(shí)踐知識(shí)。EMC仿真是EDA軟件中的一項(xiàng)重要分析功能。

19 ? ? Sign-Off是什么

Sign-Off字面意思是簽收，簡(jiǎn)單理解就是交付。事情全部做完交付！

20 ? ? 行業(yè)哪些公司

一般認(rèn)為全球SIEMENS，CADENCE，SYNOPSYS三大公司是EDA廠商第一梯隊(duì)，最近（2022年）ANSYS自己表示也已進(jìn)入EDA第一梯隊(duì)。

最后再?gòu)?qiáng)調(diào)下，文件介紹主要針對(duì)工業(yè)軟件的研發(fā)人員，屬于科普性質(zhì)，因此在很多領(lǐng)域描述并不詳盡或準(zhǔn)確，紅色標(biāo)注的是關(guān)鍵字，需要進(jìn)一步了解可以用作關(guān)鍵字查詢(xún)。

名詞解釋?zhuān)?/strong>