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2007.3. 第1章 概论 数字系统设计自动化Design Automation for Digital Systems 陈晓梅 电气与电子工程学院 教学安排 讲课：陈晓梅，2学时*18次 实验：12学时 （6次） 成绩给定： 平时成绩30% 考试成绩70% 第一章 概论 一、EDA发展历史与现状 二、数字系统与VLSI 三、设计自动化的级别与内容 四、对设计技术的挑战 五、用EDA工具设计集成电路 ENIAC开创第一代计算机 世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC的问世，宣告了人类从此进入电子计算机时代。 埃克特（右）和莫克利（左）因共同研制成功ENIAC而名垂青史。 1959-1964：晶体管造就第二代计算机 1948年7月1日， 美国《纽约时报》曾用8个句子的篇幅，简短地公布贝尔实验室发明晶体管的消息。它就像8颗重磅炸弹，在电脑领域引来一场晶体管革命，电子计算机从此将大步跨进了第二代的门槛。晶体管的发明，为半导体和微电子产业的发展指明了方向。采用晶体管代替电子管成为第二代计算机的标志。 1947年，贝尔实验室的肖克莱、巴丁、布拉顿发明点触型晶体管；1950年又发明了面结型晶体管。相比电子管，晶体管体积小、重量轻、寿命长、发热少、功耗低，电子线路的结构大大改观，运算速度则大幅度提高。 ?肖克莱（左）、巴丁（中）、布拉顿（右）于1956年共同获得诺贝尔物理学奖。 ?Stretch计划和LARC计划 1955，在美国原子能委员会的支持下，IBM和生产UNIVAC的兰德公司分别开始实施 Stretch计划和LARC计划，希望设计更快速的计算机。 Stretch（左）和LARC（右）在商业上都不成功，但在设计中采用了大量新思想，为开发第三代计算机打下了良好的基础。 晶体管计算机 集成电路催生第三代计算机 集成电路的问世催生了微电子产业，采用集成电路作为逻辑元件成为第三代计算机的最重要特征。此外，系列兼容和采用微程序设计也是第三代计算机的重要特点，作为第三代计算机的杰出代表，IBM S/360为IBM带来了极大成功，“IBM”几乎成为计算机的代名词。 第一个半导体集成电路 1958年，美国物理学家基尔比和诺伊斯同时发明集成电路 蓝色巨人 微处理器铸就了第四代计算机 从此进入微机时代 第一章 概论 设计自动化 (DA) （研究自动设计软件） Design Automation 计算机辅助设计(CAD) Computer Aided Design 电子设计自动化 (EDA) (模拟电路 + 数字系统) 数字系统: 计算机, 通信, 控制电路, 集成电路… 超大规模集成电路 (VLSI ) Very Large Scale Integrated Circuit 人工设计?CAD?DA 一、EDA发展历史与现状 50年代──萌芽 美国STRETCH计划，LARC计划 用电子管计算机帮助设计晶体管计算机 逻辑图的保存、检查、修改 60年代 ──简单的单独的CAD软件 印刷电路板PCB、集成电路IC出现 + 计算机应用的推广 PCB布线, 电路模拟, 电路分析, 逻辑模拟 70年代──第一代：CAD设备 小型专用计算机+CAD软件（Daisy系统） 逻辑模拟，逻辑优化 版图图形编辑+设计规则检查(DRC) 80年代──?第二代：ICCAD软件系统 集成电路大量使用，集成电路工艺：5?, 3?, 1? EDA迅速发展，覆盖了逻辑图输入 集成电路自动设计全过程（逻辑图——产品） 逻辑图输入、逻辑模拟、逻辑综合、 逻辑电路测试码生成、版图和PCB的自动布局布线 熊猫系统，Mentor, Cadence, ViewLogic… 90年代──第三代：覆盖所有级别的EDA开放式集成系统 集成电路工艺：0.8?，0.5?，0.25?，0.18?, (亚微米，深亚微米） 高层次设计自动化，形式验证 标准硬件描述语言VHDL 时延、功耗驱动的高层次综合与版图自动布局布线 Synopsys, Mentor, Cadence… 2000-2005——以SOC为中心，系统级设计 0.13 ? ,95nm, 2005以来——更高抽象级别，纳米级工艺 65nm,45nm… 有人预言： 未来的VLSI设计者是科学家而不是工程师 0.8 —0.35μm 亚微米 0.25μm 及其以下 深亚微米 0.05μm 及其以下 钠米级 一个SOC结构的示意图 SOC软件部分 处理器指令组成的程序 嵌入式操作系统 集成电路工艺的发展 集成电路工艺的发展= =设计自动化技术的发展 芯片集成度指数级增长 Moore定律: 最小晶体管特征尺寸每三年以0.7倍递减