摩爾定律

英特爾在1971年開發(fā)了第一個商用處理器Intel 4004，片內(nèi)集成了2300個晶體管,，采用五層設(shè)計,、10微米制程，能夠處理4bit的數(shù)據(jù),，每秒運(yùn)算6萬次,。經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，如今的處理器已經(jīng)到達(dá)10nm制程工藝,，最高可配置48顆核心,，以英特爾在2019年最新發(fā)布的i9-9980HK為例，能夠處理64bit的數(shù)據(jù),，CPU主頻可高達(dá)5GHz,。

Intel 4004

數(shù)字集成電路的迅速發(fā)展推動了EDA工具的自動化發(fā)展歷史。EDA(Electronic Design Automation)工具從20世紀(jì)60年代出現(xiàn)，一直到20世紀(jì)80年代,，設(shè)計方法發(fā)生了很大的變化,。

CAD（Computer-aided Design）是20世紀(jì)70年代的技術(shù)，可以稱作是第一代EDA工具,，其主要功能是交互圖形編輯,，設(shè)計規(guī)則檢查，解決晶體管級版圖設(shè)計,、PCB布局布線,、門級電路模擬和測試；

20世紀(jì)80年代進(jìn)入到CAE（Computer-aided Engineering）階段,，由于集成電路規(guī)模的逐步擴(kuò)大和電子系統(tǒng)的日趨復(fù)雜,，人們進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計軟件，將各個CAD工具集成為系統(tǒng),，從而加強(qiáng)了電路功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計功能,。

20世紀(jì)90年代以后微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，一個芯片上可以集成幾百萬,、幾千萬乃至上億個晶體管,，這給EDA技術(shù)提出了更高的要求，也促進(jìn)了EDA技術(shù)的大發(fā)展,。各公司相繼開發(fā)出了大規(guī)模的EDA軟件系統(tǒng),，這時就出現(xiàn)了以高級語言描述、系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)為特征的EDA技術(shù),。

隨著近年來智能手機(jī),、5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展,，模擬集成電路,，尤其是射頻集成電路越來越被大家重視。但是,，相比于數(shù)字集成電路的迅猛發(fā)展,，模擬射頻集成電路的技術(shù)進(jìn)步較為緩慢，其設(shè)計設(shè)計難度也非常高,。

無線通信系統(tǒng)框架

這主要是因?yàn)楦哳l電路中存在大量的寄生效應(yīng),、串?dāng)_等因素。模擬集成電路從平面圖紙變成實(shí)際電路的過程中,，需要嚴(yán)格依靠設(shè)計師的豐富經(jīng)驗(yàn),。如何布局,、如何消除元件之間的各種負(fù)面的影響,，兼容不理想的元件,，都需要依靠設(shè)計師手工來解決,。造成此現(xiàn)象的重要原因之一,，就是缺乏很好的EDA工具作為支撐,。

那么,，在沒有好的EDA工具支持的情況下,，設(shè)計工程師是如何來解決這些問題呢,？通常的做法是在設(shè)計時將設(shè)計余量留大,，比如本來可以靠得很近的兩條走線拉得比較遠(yuǎn)，這樣就能使芯片工作,，但會增加芯片的面積,；或者使用降頻的方式，比如本來在2GHz工作的芯片,，降到1GHz看看是否工作,，如果1GHz還是不工作，那再降到500MHz可能就工作了,，但這樣芯片的實(shí)際工作頻率只有500MHz,，就會損失了芯片的性能。

總的來說,，隨著各種通信制式的迅猛發(fā)展,，無線設(shè)備工作頻率不斷提升，高頻芯片設(shè)計的難度也不斷增大,。

現(xiàn)階段,，一般的電路級仿真已經(jīng)無法準(zhǔn)確表述芯片內(nèi)部真實(shí)的場分布情況，為了得到準(zhǔn)確的仿真結(jié)果,，使用全波三維電磁場算法對芯片進(jìn)行仿真是一種非常有效的手段,。但是，目前市面上存在的普通仿真軟件無法完成高復(fù)雜度版圖的仿真任務(wù),。常用的射頻仿真工具要求使用者必須具備堅(jiān)實(shí)的電磁場理論基礎(chǔ),，否則無法進(jìn)行準(zhǔn)確的建模和設(shè)置正確的邊界條件，上述技術(shù)要求讓大部分電路設(shè)計師望而卻步,。另外,，在高頻時或者處理多層電路版圖時，常用的射頻仿真工具的計算復(fù)雜度很高,，這導(dǎo)致運(yùn)算速度非常慢,。

在這方面，杭州法動科技有一款三維全波電磁仿真工具UltraEM具有很大的優(yōu)勢,。2018年10月,，EETOP在上海舉辦的“物聯(lián)網(wǎng)芯片及通信技術(shù)高峰論壇上”，法動科技曾就該軟件做過詳細(xì)的技術(shù)分享,。據(jù)介紹,，UltraEM三維全波電磁仿真軟件，是用于仿真射頻芯片中的無源器件，它不僅使用了全波電磁場分析來保證計算精度,，而且解決了全波分析致命的計算復(fù)雜度高的缺陷,。

此外，UltraEM結(jié)合另外一款系統(tǒng)級自動優(yōu)化工具Circuit Compiler,，可以極大地提高射頻芯片設(shè)計領(lǐng)域的自動化程度,，增加流片成功率。

UltraEM：三維全波電磁仿真軟件,，用于仿真射頻芯片中的無源器件,，如下圖顯示的低通濾波器和低噪聲放大器。

Circuit Compiler: 用于系統(tǒng)級的電路自動優(yōu)化平臺,，可以支持三種類型的器件模型輸入,，分別是S參數(shù)模型、AI模型,、集總元件模型（如下圖）,。由這些器件連接成的電路系統(tǒng)，可以進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化,，并給出最終優(yōu)化完的電路,。