tự động thiết kế mạch điện tử EDA của Cadence, Synopsys (Mỹ) và Huada Empyrean (Trung Quốc)

dù tên gọi khác nhau giữa công ty này với công ty kia, các bước công việc sẽ chung chung như sau 1 - Chi tiết kỹ thuật mạch điện tích hợp Những nhà thiết kế sản phẩm và kỹ sư hệ thống ở tầng cao hình dung một sản phẩm. Những người này có thể không biết gì nhiều về thiết kế mạch điện nhưng họ biết nhu cầu khách hàng và họ ra đời một loạt những yêu cầu mạch điện tích hợp dựa trên những nhu cầu ấy 2 - Thiết kế chíp (còn gọi là thiết kế logic) Những yêu cầu về chip được đưa vào thiết kế logic (còn gọi là thiết kế mạch). Họ dịch những yêu cầu trìu tượng thành những mạch điện với logic có thể đáp ứng những yêu cầu ấy, giống như một nhà thiết kế trải nghiệm người dùng UX người tạo ra một chức năng phần mềm có thể trông như thế nào, hành xử và cảm nhận như nào, cùng làm với một người quản lý sản phẩm. Một chip có nhiều mạch điện trên nó và những mạch điện này làm nhiều thứ khác nhau. Dưới đây xin đề cập hai mạch điện như vậy: Mạch điện logic: còn gọi là cổng, hành xử như một ban ra quyết định; nhận dữ liệu nhập, làm gì đó rồi xuất ra một dữ liệu đầu ra. Những câu hỏi như có phải A bằng B? D là đúng chỉ khi E và F đều đúng?... Một mạch điện logic đơn lẻ có lẽ nhìn khá đơn giản, nhưng thành nhóm chúng có thể làm được nhiều trò hay ho, như zombie Mạch điện ghi nhớ: có khả năng ghi nhớ một giá trị có thể là đúng hoặc sai. Giống như một công tắc đèn đã bật hoặc tắt. Một khi nhà thiết kế chip hoàn thiện công việc, họ có những nhóm những mạch điện logic và bộ nhớ kết nối vào nhau bằng dây. Nhóm này được gọi tên là một netlist Có một định dạng netlist phổ biến? (qastack.vn) 3 - Thiết kế vật lý Công việc liên quan đến sắp xếp thực tế vật lý của những mạch điện logic, mạch điện bộ nhớ và dây dẫn nối chúng trên con chíp. Công việc này đặc biệt khó khi ra có hàng nghìn thậm chí hàng triệu mạch điện như vậy 4 - Thẩm nghiệm và kết thúc Để kết thúc, bản thiết kế chip cần được xác nhận và thẩm nghiệm lỗi trước khi gửi xưởng đúc EDA Tools là gì ? (semiconvn.com) Phần mềm EDA được dùng chính trong cả bốn bước này. Thậm chí cả xưởng TSMC sử dụng phần mềm EDA để kiểm tra thiết kế họ nhận được để đảm bảo nó tương thích với tất cả những quy luật thiết kế của họ. Quá trình kiểm tra ấy, hay còn gọi là “kiểm tra quy luật thiết kế” đặc biệt quan trọng, một lỗi ở bước này có thể tốn hàng triệu đôla nếu nó lọt qua được vào vòng gia công đúc khắc. Lịch sử giai đoạn đầu Vào những năm đầu của thiết kế chip, trước thập niên 1970, những thiết kế chip được làm thủ công. Nhà thiết kế vẽ một bản thiết kế lên giấy. Bản vẽ sau đó được chuyển tới một mặt nạ sáng (bình phong) được làm bằng một vật liệu gọi là rubylith Mặt nạ sáng sau đó được dùng để sản xuất những hình mẫu của thiết kế chip trên một tấm nền, thực hiện bằng cách chiếu ánh sáng xuyên qua mặt nạ lên vật liệu nền. Những dùng cụ phần mềm đơn giản sau đó đã được phát triển nội bộ bởi những công ty lớn để phụ trợ quá trình thiết kế, nhiều bóng bán dẫn nhiều kết nối hơn. Những dụng cụ sẽ trở thành cái tên phần mềm EDA ngày nay Những chương trình phần mềm đầu tiên tự động hoá việc bố trí một số rất nhỏ những khối và dây lên trên một bảng mạch, không phải chip, một bảng mạch; bởi vì công việc này trở nên dài dòng và buồn tẻ, cần được làm lặp đi lặp lại khi những cấu thành của bảng di chuyển. Lúc đầu, những chương trình máy tính lớn này chạy đơn thuần một thuật toán tìm kiếm theo chiều rộng trên một mạng lưới Thuật toán Breadth First Search — Giải Thuật Lập Trình (stdio.vn) Tìm kiếm theo chiều rộng có nghĩa là nó khám phá mọi khả năng trên một “level” đơn lẻ trước, trước khi đào sâu vào “level” kế tiếp. Thuật toán này chậm, nên những chương trình ấy đã nhanh chóng chuyển sang những thuật toán khác trong những phiên bản cải tiến sau đó của phần mềm Khi số lượng thành phần trong một mạch điện tích hợp bắt đầu vượt quá khả năng biểu diễn lên một bảng mạch, phần mềm EDA được sử dụng thêm vào mảng silicon. Giờ chip sẽ được xây dựng trên những lớp trìu tượng Layer là gì? Các thao tác với layer trong Photoshop (fpt.edu.vn) Giờ bạn sẽ phải nối dây trên hình ảnh 3D, cân nhắc những kết nối lớp này với lớp kia được gọi tên là những “via” VIA là gì? 4 loại VIA Facebook phổ biến mà bạn cần biết (giaingo.info) Quá trình này đã bổ sung những lượng phức tạp khổng lồ và hiện hữu những cơ hội khủng cho lỗi phát sinh, do đó dãn đến một vấn đề trong thiết kế chíp: luật Moore Định luật Moore (Moore's Law) là gì? Ý nghĩa kinh tế của định luật Moore (vietnambiz.vn) Luật Moore đã đặt ra một tốc độ cho công nghiệp bán dẫn để sản xuất ra chip với số lượng bóng bán dẫn gia tăng mãi mãi, trong lịch sử là tăng 58% hàng năm số bóng bán dẫn mà xưởng đúc fab có thể đúc được Tuy nhiên khả năng đúc được nhiều bóng bán dẫn chỉ là một khía cạnh, thiết kế những bóng bán dẫn thực tế được đúc lại là chuyện khác. Thiết kế chỉ nhanh được đến một mức độ, vì kiến thức và kỹ năng con người không thể bắt kịp nhanh như công cụ và tiền vốn Cuốn sách Mythical Man-Month áp dụng vào đoạn này trong công nghiệp vi mạch. Hanoi Scrum - Sao vẫn còn mãi dùng Man-Month? Cùng lúc đó, người tiêu dùng và khách hàng muốn có con chip thời thượng tiếp theo trong tay ngay lập tức, do đó dẫn đến khoảng trống trong sản xuất giữa thiết kế và khả năng sản xuất. Một công ty như AMD có thể cần một ít năm để ra mắt chip tiến trình 5nm, mặc dù xưởng như TSMC đã có sẵn khả năng gia công cho khách tận dụng. Thử tưởng tượng nếu không có những khách hàng sộp như Apple và Huawei, liệu TSMC có thèm đoái hoài đến việc xây dựng mốc tiến trình gia công 5nm nhanh vậy hay không? Công cụ phần mềm EDA tốt hơn là cách thực tiễn duy nhất mà những đội thiết kế chip có thể bắt kịp và khoả lấp khoảng trống ấy. Kỷ nguyên hiện đại Những hệ thống thiết kế vật lý thương mại tự động bắt đầu phổ biến vào thập niên 1980, nhờ vào không chỉ sức mạnh máy tính tốt hơn mà còn những kỹ thuật hiển thị tiên tiến mới. Phần mềm EDA đầu tiên thực ra chỉ vẽ các thứ ra giấy như một chiếc máy in. Nhờ ra đời những màn hình CRT thế hệ dùng ống lưu trữ giá cả phải chăng, đã giúp ngành công nghiệp khả dĩ hơn nhiều để tiếp cận những nhà thiết kế công nghiệp. Màn hình CRT là gì? Ưu, nhược điểm và sự thoái trào của tivi CRT - Thegioididong.com Ngành công nghiệp cũng tiên phong và áp dụng những tiếp cận mới vào thiết kế chip đã mở khoá thêm những sức mạnh tự động hoá của công nghiệp EDA. Kỹ sư trên các trường đại học bảo vệ phong cách thiết kế tận dụng không gian hơn (trên lý thuyết) gọi tên là những programmable logic array FPGA là gì? FPGA được sử dụng để làm gì? - QuanTriMang.com Tuy nhiên phần mềm EDA cho phong cách này không có nhiều áp dụng mấy, phải làm nhiều thao tác vẽ lại một khi các cấu thành thay đổi, và theo khái niệm, mọi người sẽ phải xử lý bản thiết kế ở cả mức trìu tượng cao và thấp, khiến việc thiết kế trở nên khó. Giống như phải vẽ kiến trúc một ngôi nhà trong khi cũng phải tự chế tạo những viên gạch Ngành công nghiệp bán dẫn, mặt khác, đã phát triển một phong cách “phần tử tiêu chuẩn”, nơi những nhà thiết kế chọn từ một thư viện những nhóm cổng đã được chuẩn hoá gọi là “cell” và quyết định chúng sẽ được kết nối với nhau như thế nào. Việc này cho phép quá trình thiết kế chia ra thành những chức năng logic và bố trí riêng biệt, trìu tượng hoá đi mất những thứ ở tầng dưới và để cho người dùng tập trung vào lĩnh vực của mình. Và vì các cell đã được chuẩn hoá, phần mềm EDA có thể liên tục tạo ra những bản thiết kế điện và vật lý chuẩn xác (tức là có sẵn rồi, chỉ nhét vào) Nhiều người chỉ trích phong cách này do thiếu tiết kiệm không gian, một số cell lúc đầu đã bị mất một nửa không gian chiếm bởi dây dẫn. Nhưng vì EDA đã hiệu quả hơn nhiều cho dòng chảy công việc của các nhà thiết kế, nó trở thành tiêu chuẩn công nghiệp – giống như trong lập trình, sẽ viết, thẩm nghiệm và debug một chương trình nhanh chóng hơn nhiều nếu không phải ngồi đợi nhiều phút cho mã nguồn viết ra được máy tính dịch lại mỗi lần người dùng sửa, một ngôn ngữ lập trình như vậy sẽ dễ dàng trở nên nổi tiếng, cho dù nó không chất lượng bằng những lựa chọn khác. Ruby là gì? Ai đã sáng tạo ra ngôn ngữ viêm kim cương này? (freetuts.net) Ngành công nghiệp EDA đã sinh sôi phục vụ nhiều bộ phận trong quá trình thiết kế chip. Dần dần những doanh nghiệp phần mềm ấy đã sát nhập do công việc trở nên khó khăn hơn và đòi hỏi hợp tác trải rộng trên nhiều công đoạn của vòng đời thiết kế. Những thư viện sở hữu độc quyển bởi họ sau đó đã trở thành tiêu chuẩn thiết yếu rộng khắp toàn bộ ngành công nghiệp. Những công ty lớn Hai công ty dẫn đầu trong lĩnh vực này là Cadence và Synopsys đều trụ sở ở Mỹ và công khai giao dịch trên sàn chứng khoán công chúng. Cadence có vốn hoá thị trưởng 34 tỷ usd và Synopsys là 36 tỷ Cadence ra mắt nền tảng Môi trường thiết kế AWR mới nhất - Shunlongwei Co. Ltd Công Ty TNHH Synopsys Việt Nam - Chi Nhánh Đà Nẵng tuyển dụng (jobsgo.vn) Hai công ty đều là kết quả của một chuỗi dài những thương vụ sát nhập, họ đã hiện diện trong ngành công nghiệp trong một thời gian dài và đã thiết lập liên minh với những tay chơi lớn là xưởng TSMC và Samsung để giải quyết những vấn đề trong chuyển đổi chip từ bản thiết kế ra ngoài đời thực. Đường dây làm ăn ấy đã làm mọi việc trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Với những tay chơi mới muốn thâm nhập vào thế giới bán dẫn, họ thường phải thông qua những nhà cung cấp EDA này và lấy phần mềm của họ để khởi nghiệp. Công ty khởi nghiệp có thể phải trả hàng triệu đôla để mua được cả một gói những phần mềm dụng cụ, chiêu bán hàng thường thấy của SaaS software as a service SaaS là gì? Nhưng lợi ích nền tảng SaaS mang lại cho doanh nghiệp 4.0 (marketingai.vn) Không chỉ những công cụ EDA, những công ty ấy còn sở hữu nhiều bản quyền sở hữu trí tuệ. Họ kiếm tiền bằng cách đăng ký bản quyền những khối sở hữu trí tuệ (IP block) dành cho những chức năng tiêu chuẩn trong một con chip (ví dụ I/O là input/output) Kết quả, cả hai công ty đều có biên lợi nhuận gộp rất cao và dòng tiền lớn, là trái ngọt của ngành kinh doanh subscribe phần mềm và đăng ký sở hữu trí tuệ 1 Subscriber Được Bao Nhiêu Tiền, Bao Nhiêu Lượt Xem Trên Youtube Thì Được Trả Tiền - c-n.vn Tiền kiếm được công ty có thể xài vào nghiên cứu phát triển mở rộng lợi thế đã có. Vị thế của họ do đó là khá vững trãi. Giá cổ phiếu hai công ty đã phản ánh tất cả, không hề rẻ. Những công ty nhỏ Có số ít những đối thủ cạnh tranh lại hai kẻ khổng lồ trên. Google gần đây đã làm công cụ EDA riêng để thiết kế một con chip Youtube Một số đối thủ Tàu như Empyrean và Cellixsoft gần đây đã thu hút được nhiều chú ý do thương chiến Mỹ Trung Huawei mất quyền truy cập phần mềm thiết kế chip mới từ công ty Mỹ (vnreview.vn) Chưa kể những công cụ EDA mã nguồn mở như RISC-V Những nỗ lực ấy giờ đây vẫn kém phát triển và bị tụt hậu phía sau những kẻ dẫn đầu thị trường. Trung Quốc chưa cứu được Huawei (nhadautu.vn) Cho những thiết kế chip sử dụng EDA, những diễn tiến hấp dẫn vẫn đang chờ phía trước Kết luận Những lập trình viên đang áp dụng máy học vào phần mềm EDA electric design automation (tổ sư bọn nào nghĩ ra EDA là exploratory data analysis làm bố mày google toàn ra cái củ cặc này), hứa hẹn những kết quả mới. Máy học (machine learning) là gì và tại sao càng ngày nó càng phổ biến? (vnreview.vn) Ví dụ ML có thể giúp các công cụ EDA tìm ra một con đường nối dây tối ưu giữa các mạch điện của chip, nó có thể mô phỏng lại những loại mô hình nào mà một thiết kế mặt nạ quang sẽ chiếu trong giai đoạn quang khắc. Bên cạnh ML, các nhà cung cấp vẫn đang thử nghiệm những kỹ thuật mới để thích nghi tốt nhất cho những thiết kế thời thượng công nghiệp nhiều hệ thống trên một chip SOC mới này Hệ thống trên một vi mạch (SOC) (semiconvn.com) Không có phần mềm EDA thì giá thành tạo những bản thiết kế chip mới sẽ nhảy vọt, còn nhanh hơn cả hiện giờ, là một bộ phận thiết yếu trong ngành công nghiệp và những con chip hiện đại ngày nay sẽ không thể thành hiện thực mà không có EDA