《集成电路设计自动化技术及其进展》课件

集成电路设计自动化技术及其进展电设计动术现导产业集成路自化（EDA）技是代半体的核心支撑，随着摩尔定续进发术发课律的持推和AI芯片需求爆，EDA技正迎来前所未有的展机遇本讨术发历术产业现状趋势件将深入探EDA技的展程、核心技、及未来课程内容概览基础理论EDA动概发历术自化念、展程、核心技体系技术深度解析线验证设计关键术布局布、仿真、低功耗等技产业现状分析产进场趋势全球格局、国化展、市前沿趋势展望集成电路设计与的基本定义EDA集成电路的地位的核心价值IC EDA电现础设从级计电设计动过软复杂集成路是代信息社会的基施，智能手机到超算子自化（EDA）通件工具和算法，将的芯片从电联设备处数设计标动设计过缩机，汽车子到物网，无不在的芯片支撑着字化流程准化、自化，效率提升超200倍，大幅时转产时间代的运短品上市数转数级设计复杂随着字化型的深入，芯片需求呈指增长，度剧传统设计满现设计也随之急提升，手工方法已无法足代芯片的需求技术的核心作用与商业价值EDA90%设计时间缩短传统设计相比手工方法倍200效率提升动带设计自化工具来的效率革命50%成本降低过减设计通少迭代和人力投入

99.9%精度提升集成电路设计的标准化流程需求分析1统规义标系格定、功能需求分析、性能指确定2架构设计统构规划块划义系架、模分、接口定建模3RTL传输级为实现寄存器描述、行建模、功能4逻辑综合转换为级时优积优RTL门网表、序化、面化物理实现5传统设计方法与自动化设计的对比传统手工设计自动化设计优势赖设计师经验设计达标证动验依，周期长准化流程保一致性，自数现为错误难证减错误缩年，容易出人，以少，快速迭代短周处复杂统现复杂统设计理系，成本高昂且重期，支持系，降低对个经验赖性差人依协同设计模式技术发展历程奠基阶段EDA年代雏形19601电诞为论础SPICE路仿真器生，EDA奠定理基年代工具化19702图设计现开计辅设计版工具出，始算机助年代产业化19803技术发展历程现代演进EDA年纳米时代年系统级设计20002010艺动创1设计复杂层综术65nm以下工推EDA算法新，物SoC化，ESL高次合技应为2发理效建模成重点快速展后摩尔时代年融合2020AI异构构带习设计3Chiplet、集成等新架来EDA机器学算法深度集成，智能化成为趋势新挑战新主流工具的技术分类体系EDA版图设计工具布局布线工具仿真验证工具动详细线拟数Schematic capture、自布局、布、模仿真、字仿真、时驱动实现Layout editor、序的物理混合信号仿真平台验证DRC/LVS工具物理设计工具全球软件市场格局与主要厂商EDASynopsys Cadence场额综决领导场额拟设计势12市份35%，合解方案市份30%，模工具强，数设计验证领优势显设计领领者，在字和域明PCB和封装域先其他厂商Siemens EDA场额43场额电业应市份20%，包括Ansys、市份15%，汽车子和工用专业应专验证术进Keysight等化工具供商长，仿真技先中国软件产业发展现状EDA分析市场规模快速增长用户结构优化场规头设计2024年中国EDA市模部公司加大EDA投达亿业到15美元，年增长率超入，中小企需求旺盛，高过为为户20%，成全球增长最快校科研院所成重要用群场的区域市体应用领域扩展从传统费电扩电联兴领应消子展到AI芯片、汽车子、物网等新域，场用景日益丰富国产软件产业化进展与EDA突破政策驱动阶段专项产业倾产为资国家重大支持，政策斜，国替代成战略重点，金和动业发政策双重保障推行展技术突破阶段华概伦电业领实现术大九天、子等企在特定域技突破，部分工具达际进到国先水平产业化应用阶段产应场实现规应际进国EDA工具在特定用景模化用，与国先工异竞优势具形成差化争在现代工业设计中的关键应用场景EDA芯片设计AI计专1高性能算、低功耗推理芯片的用EDA需求汽车电子芯片2规级认证设计功能安全、车的特殊要求消费电子SoC3应集成度高、成本敏感的大批量用工业控制MCU4实时应性、可靠性要求的嵌入式用先进封装技术对工具的新需求EDA封装设计堆叠封装

2.5D3D层设计专叠层设计带层间联设计硅中介（Interposer）需要门的EDA工具支持，包括垂直堆的多芯片来全新挑战，包括互、设计协热复杂问题热应TSV、多芯片同布局、管理等流分析、机械力分析等电变复杂维电场术专设计规则验证信号完整性和源完整性分析得更加，需要三磁TSV（硅通孔）技需要门的和方法，EDA工场须维图设计验证仿真和多物理耦合分析能力具必支持三版和芯片时代对技术的挑战与机遇AI EDA算力需求爆发架构创新加速功耗优化关键验证复杂化训练计经络专构数边缘计协验证和推理芯片对算密度神网用架需要新的据中心和算的功耗AI算法与硬件的同成极设计严为要求高方法限制格新挑战现代芯片设计复杂性的指数级增长数亿设计团队规晶体管量十模设计自动化与高层次综RTL合技术高层次综合（）生成自动化HLS RTL从级语动数C/C++等高言自生基于模板和参化的RTL自码设计动复成RTL代，大幅提升生成，支持IP用和配置级优设计减编码错效率，支持算法化和并化，少手工误行化代码质量检查动语检查时综验证码质自化的法、序分析、可合性，确保RTL代量设计图实现和意的正确形式验证与仿真流程的智能化形式验证方法数证验证够穷验证设计基于学明的方法，能尽性正确性，避免仿真覆问题盖不全的加速仿真技术数统级硬件加速器和云端仿真平台，将仿真速度提升千倍，支持系大规验证模智能测试生成驱动测试动验证发现传统难发AI的用例自生成，提高覆盖率，方法以现设计的缺陷低功耗设计的自动化优化策略多电压域设计时钟门控优化动电压岛规划电时钟优自化的和源网智能门控插入和化，自络设计动态电压频调动识别关时钟，支持率可断的域，在保节实现细证（DVFS），精化功耗功能正确的前提下最大化功节管理耗省功耗感知综合逻辑综阶虑约过优积在合段考功耗束，通算法化在性能、面、功耗之间找到最佳平衡点驱动的智能布局布线技术AI机器学习布局习过训练数习优基于强化学的布局算法，通大量据学最布局策略，实现传统结比算法更好的果智能布线优化经络预测拥热进线资显深度神网塞点，提前行布源分配，著提升布线成功率和性能多目标优化时优积时个标遗传优同化面、延、功耗等多目，使用算法和粒子群化等智能算法静态时序分析的智能化演进时序预测AI习预测时违规1机器学模型序智能分析IR Drop2电动优源完整性的自化分析与化图神经网络建模3异构图结构电关表示路拓扑系传统方法STA4径态时础基于路的静序分析基电路仿真自动化的技术突破快速仿真算法多物理场协同仿真阵阶计规电电热电场应协基于矩降和并行算的快速仿真方法，将大模路仿真集成、磁、机械等多物理效的同仿真平台，支持时间从数缩数时复杂统天短到小系的全面分析应时间阵术证时规数个级别电自适步长和稀疏矩技，在保精度的同大幅提升云端大模仿真集群，支持十万晶体管的路精确仿仿真效率真分析与设计流程的差异化ASIC FPGA自动化专用流程ASIC设计积优图级面向制造的全定制流程，注重面和功耗化，需要版精确建模快速原型FPGA编逻辑实现时敛资优基于可程的快速，重点在于序收和源利用率化协同设计方法验证实现缝迁码验证环FPGA原型与ASIC的无移，共享RTL代和境工具链适配针构优链实现设计开发对不同架化的EDA工具，最佳效果和效率功能仿真与形式验证的标准化流程验证方法学标准UVM ISO26262统验证标验标严验证一方法学准，提供可重用的汽车功能安全准，要求格的和证组标认件和准化流程确流程工业标准航空标准IEC61508DO-254础标义电设计证标功能安全基准，定安全生命周期航空子硬件保准，需要形式验证验证和要求化方法大语言模型在中的革命EDA性应用代码智能生成设计缺陷智能检测HDL语动训练专识别设计基于自然言描述自生成门的大模型码问题时违Verilog/VHDL代，支持中的潜在，包括序复杂逻辑实现规错误综问功能的快速，、功能、可合性设计题大幅提升效率等设计优化建议设计习为设计师优议基于海量案例的学，提供智能化的化建和最佳实践导指年大会的前沿研究成果2025DAC学术界突破华顶辅线电设计领进清大学、北京大学等尖高校在AI助布局布、量子路等域取得重要展产学研合作华为业联发质论动论产业应转、阿里等企与高校合表高量文，推理研究向用化国际影响力团队顶级议论数质显际术响续中国在会的文量和量著提升，国学影力持增强产学研协同创新的成功案例东南大学产业化突破拟电动设计领关术业实在模路自化域取得重要突破，相技已在多家企现产业应显设计化用，著提升效率清华大学平台AI EDA开发习线优达际了基于深度学的EDA平台，在布局布化方面到国进权先水平，已授多家公司使用中科院微电子所突破进艺验证术产进在先工建模和技方面取得突破，支撑了国先芯设计片的和制造高性能与芯片的专用需求GPU ASICEDA并行计算架构优化内存层次结构设计热设计与功耗管理针规处单设复杂缓层内热关对GPU的大模并行理元的存次和存控制器需要精高功耗密度芯片的管理至重要，计专优迟须热动态，需要门的布局化算法，确保确的延建模，EDA工具必支持多需要集成仿真和功耗管理的数个计联负载级缓优决千算核心的高效互和均存的性能分析和化EDA解方案衡智能汽车芯片设计的特殊要EDA求功能安全设计极端环境适应实时性能保证标级动驾驶统实符合ISO26262准的安汽车芯片需要在-40°C到自和安全系对关键统设计温围内时极全系，需要支125°C度范稳定工性要求高，需要精确设计测须宽时迟预测持冗余和故障注入作，EDA工具必支持的序分析和延能试温围的EDA工具度范的建模力电磁兼容性复杂电环汽车的磁境要求备芯片具良好的EMC性能，电EDA工具需要集成磁仿真功能物联网芯片的低成本解决方案EDA超低功耗设计成本优化策略联设备电电级联极积优物网通常依靠池供，要求芯片在微瓦功耗下工物网芯片对成本度敏感，EDA工具需要支持面化、良专设计验证作，需要门的低功耗和工具率分析，并提供成本建模功能预帮设计师约简设计动设计开发支持能量收集和功耗算分析，助在有限的能量束化的流程和自化程度提升，降低成本和周优统应变经济下化系性能期，使小批量用得可行异构集成的技术挑战Chiplet EDA多芯片协同设计互联接口标准化系统级热管理测试策略创新艺节协优标设计热测试不同工点芯片的同UCIe等准接口的支持多芯片封装的耦合分析Known GoodDie方法化仿真验证技术的产业应用EDA实践1华大九天案例拟电领产频设计在模路仿真域取得突破，支持国射芯片，仿真达际进精度到国先水平2概伦电子成功电储设计应帮户器件建模和路仿真工具在存器中广泛用，助客实现产品性能提升3国际厂商合作设发业Synopsys、Cadence等在中国立研中心，与本土企深动术度合作，推技本地化制造工艺演进对技术的推动作用EDA工艺支持FinFET维结构设计规则三晶体管的精确建模和新挑战GAAFET环绕栅极复杂晶体管的几何建模需求量子效应建模亚节变应5nm点的量子隧穿和分效可制造性设计与工具的深度融合EDA规则检查DRC光刻仿真优化设计规则检查动图的自化，确保版符合制邻艺预测艺过实时OPC光学近修正和光刻工仿真，造工要求，25%的芯片通DRC避12败和修正制造偏差，提升成品率免流片失工艺变异建模良率分析预测43设统计预测设计阶识Monte Carlo分析和corner建模，确保基于模型的良率，在段计艺别险在工偏差下的稳定性潜在的良率风点国产芯片与工具的协同EDA发展生态1生态协同建设2标准互认证体系产设计业统设计数换标建立国芯片企与建立一的据交应紧规EDA工具供商的密合作准和工具接口范，确保不过实际项验证间数机制，通目工同厂商工具的兼容性和畅具可靠性和性能据流性3人才培养体系养专业从础论实践应校企合作培EDA人才，建立基理到用的完整人养链条才培芯片设计数据安全与智能管理知识产权保护设计访问1IP的加密和控制版本控制自动化2设计数动据的自化版本管理和追踪供应链安全3设计验证工具和IP的来源可信性数据备份与恢复4关键设计数动备难复据的自份和灾恢大模型驱动的电路自动生成技术自然语言转电路智能优化建议构够复杂语过习优设计够个设计优基于Transformer架的大模型，能理解的自然言描通学大量秀案例，模型能提供性化的化动应电结构码议进优述，自生成对的路和HDL代建，包括性能改、功耗化等从统级级实现动设计实时码审查错误检测帮设计师编码阶发现支持系需求到门的全流程自化，大幅降低代和，助在段和修正槛开发时间问题门和潜在云原生工具链的分布式架构EDA弹性计算资源边缘协同处理移动端访问数据安全保障务复杂动态计务发动设备访问根据任度分将部分算任分到支持移云端端到端加密和多重身份计资从边缘节络环设计师认证设计数配算源，支持小点，降低网延EDA境，可以，确保敏感规验证规迟设计时查设模到大模仿真，提升交互式工随随地看和修改据在云端的安全性灵扩响应计的活展具的速度开源生态的发展现状与前景EDA商业化探索中国开源贡献开业务渐项目OpenROAD源EDA工具的商化支持服逐成内业积极开项为业设计决国高校和企参与源EDA目，熟，中小企提供了低成本的解开创开发贡DARPA支持的源RTL-to-GDSII工具在算法新和工具方面做出重要方案链实现从逻辑综图献，已合到版生成的完整为术流程，学研究提供重要平台国家政策对产业的战略支持EDA领域的国际科技竞争态势EDA技术制高点争夺誉为导产业进术EDA被半体皇冠上的明珠，掌握先EDA技意味着在全设计领话语权球芯片域的供应链安全博弈动产业链术为各国加强EDA工具的出口管制，推本土化，技自主可控成国家战略重点合作与竞争并存竞寻术过标开项维护产业在激烈争中求技合作机会，通准制定和源目生态平衡创新突破路径过异创寻术计兴术为各国通差化新求技突破，AI、量子算等新技成重要突破口软件开发人才培养的多EDA维度体系高校理论基础产业实践训练专业课业联实习建立EDA程体系，涵盖企与高校合建立基论软设实项经验缩算法理、件工程、芯片地，提供真目，短计识养备实论实践养应等核心知，培具扎理与的差距，培用论础专业理基的人才型人才国际交流合作组织术术讨际进构关宽学交流和技研，与国先机建立合作系，拓人才视术野和技水平行业标准与国际测试平台建设EDA设计自动化大会欧洲设计测试会议DAC DATE权术议术趋势欧议调实产业应响发全球最威的EDA学会，展示最新研究成果和技，中国洲最重要的EDA会，强用性和用，影全球EDA参与度逐年提升展方向123计算机辅助设计ICCAD创开发为术产业术聚焦算法新和工具，学界和界提供技交流平台技术发展面临的核心挑EDA战算法复杂度瓶颈核心技术壁垒IP规数级关键术随着芯片模指增长，算法和核心技长期被传统计复杂难垄创临算法的算度以国外断，自主新面技满术积足需求，需要突破性的算累不足的挑战创法新验证复杂度爆炸统级验证状态间数传统验证难证系的空呈指增长，方法以保充分的覆盖率云原生与智能制造的深度融合EDA云端协同设计智能制造对接团队过协设计实现设执统缝实多地通云平台同，EDA工具与制造行系无集成，计资实时协现从设计数闭环源的全球化配置和作到制造的据自动化生产链数据驱动优化统设计变动调数馈设计优设计柔性制造系根据更自整生收集制造据反化，形成产数优环参，提升制造敏捷性-制造-化的智能循驱动的终极自动化设计愿景AI智能需求理解统语设计AI系理解自然言描述的需求自主架构设计动优统构实现自生成最的系架和方案全局优化求解设计间优在空中搜索全局最解自验证与修正4动验证设计续优自正确性并持化后摩尔时代技术的创新需求EDA智能化设计方法敏捷开发模式绿色低碳设计习验证碳基于机器学的智能快速原型和迭代，全生命周期的足迹设计优动开发从设计阶化，自探索支持敏捷硬件，分析，段就设计间发现缩产时间虑环响动空，人工短品上市，考境影，推难发现优应变场导产业续以的最解适快速化的市半体的可持发需求展异构集成支持种艺支持多材料和工异构设计的集成，突传统术破硅基技限制，探索新的性能增长路径产业协同创新生态的构建路径龙头企业引领产学研深度融合华为头发带产联实验关关键术难题、阿里等科技巨加大EDA投入，建立自主研能力，建立学研合室，共同攻技，加速科研成动产业链协发产业应转上下游同展果向用化过开术标构头业为创态设联养项养既懂论实践经验复通放平台和技准，建以龙企核心的新生立合培目，培理又有的合型人进术协创为产业发圈，促技共享和同新才，展提供人才保障中国发展的机遇与挑战并存EDA发展机遇分析产发为发阔场资为术创条国芯片需求爆EDA展提供广市，政策支持和金投入技突破造件卡脖子问题剖析术积际进显核心算法技累不足，高端人才短缺，与国先水平存在著差距破局路径探索础养专业队进产协创术加强基研究投入，培人才伍，推学研同新，建立自主可控的技体系国际合作策略竞寻过术标态设在争中求合作机会，通技交流和准制定参与全球EDA生建总结与未来展望技术突破加速国产替代提速电设计动产领实集成路自化正迎来国EDA工具在特定域驱动术从现产业应扩AI的技革命，算法突破，化用不断优术化到工具智能化，EDA技大，自主可控的技体系逐术实现发将跨越式展步建立协同创新深化产协创趋养优为产学研同新机制日完善，人才培体系不断化，EDA业续发劲动持展提供强力术继续动导产业发绿展望未来，EDA技将推半体展，智能化、云原生、色碳为发趋势产业历发关键节低将成主要展中国EDA正站在史展的点，通过续创开态为数持新和放合作，必将在全球EDA生中占据重要地位，字化时发贡献代的展中国智慧和力量。