類比EDA產業從文書處理器學到的一課

作者 : Mark Waller,Pulsic用戶支援總監

許多EDA公司正在研發提升生產力的新技術,只要EDA與文書處理器一樣一步一腳印,很快地,或許有朝一日就能迎頭趕上...

電子設計自動化(EDA)軟體是現代社會中不可或缺的一環。一旦少了EDA,工程師便很難設計出先進複雜的IC。這些IC幾乎已是每一種技術產品的核心,包括人工智慧(AI)、iPhone、自動駕駛車、洗衣機、烤吐司機,以及不斷推陳出新的穿戴式裝置等。若是沒有先進的IC,我們的技術水準大概只會相當於1960年代的程度。

EDA大規模地增加了數位IC設計的生產力——從1985年英特爾(Intel)的80386處理器中只包含了275,000個電晶體,到了2020年,蘋果(Apple)的M1晶片中已可容納162億個電晶體。在Apple這款最新晶片中,電晶體的數量多了58,000倍。因此,從1985年至今僅36年來,數位IC設計的生產力便上升了大約三個數量級,也就是效率提升了1千倍。

另一方面,在同樣的期間內,類比IC設計的生產力也因流程的逐漸改變而在上升中。這些變化包括更快的模擬、單元參數化、電路圖導向的佈局,以及最近的模版式佈局。總的來說,這些變化所提升的效率有10倍之多。某個在1985年得花設計師三週時間完成的佈局,現在只要兩三天就能完成。

但是,為什麼類比IC設計的生產力提升並不像數位IC設計一樣快呢?

為了瞭解箇中道理,我們得拿另一個我們每天都會用到的技術來做比喻︰「文書處理」(word processing)。

我們現今所熟悉的文書處理大約與EDA同樣起源自1970年代,而無所不在的Microsoft Word則是在1983年發行。早期的文書處理器讓人們能在電腦中輸入文字,並且在頁面上排版。不久之後,文書處理軟體便推出了拼字檢查功能,讓使用者可以操作「拼字檢查」(Check spelling)工具來檢查拼字是否正確。

拼字檢查功能會在另一個視窗中檢查文本,並顯示出所有的錯誤以及可能的建議。使用者可以選擇適合的方案,那麼程式就會在主文中取代該詞語。令人驚訝的是,我發現Microsoft Word至今還保有一個類似的功能,叫作「編輯器」(Editor)。真好奇有多少人還在使用?

接著,拼字檢查科技再度進化,開始在使用者輸入內文時為錯字加上底線。

1︰底線能讓使用者快速的編輯內文。(來源︰Pulsic)

現代的文書處理軟體使用者對這些底線非常熟悉,因為它們至今仍在編輯內文時會不時出現。不過,現代的軟體通常會在使用者輸入時,便神不知鬼不覺地幫忙修正錯誤。在你輸入文字的同時,它們會被自動修正並短暫地加上底線,讓你知道即使出錯,還有程式在背後幫你。

圖2︰文書處理軟體會自動修正許多錯誤。(來源︰Pulsic)

儘管它仍不夠完美,但這種程度的自動化文書處理已經能省下許多時間與心力,讓寫作者能專注於內文而非拼寫,也不必擔心會不小心失手而輸出太多錯誤。

這段故事還沒結束。2018年,Google推出了「智慧撰寫」(Smart Compose)。Google Smart Compose會在打字時提出建議的句尾寫法,幫助使用者減少打字量。它甚至能學習你最常用的片語並給出個人化的建議。

圖3︰Google Smart Compose智慧撰寫能大幅減少打字量。(來源︰Pulsic)

因此,文書處理程式的演化歷經了四個主要階段︰

  1. 輸入內容︰輸入內文及排版;
  2. 生產力工具︰使用者能用來增加生產力的工具,比如拼字檢查;
  3. 生產力自動化︰不需使用者操作也能增加生產力的自動化工具,比如自動拼字檢查或自動修正;
  4. 內容自動化︰這些能徹底翻轉生產力的科技能更智慧地幫你撰寫文件,比如Google智慧撰寫。

這些和類比EDA有何關聯?

類比EDA軟體幾乎仍完全停留在上述第二階段︰生產力工具。類比EDA流程是一個具有數百個工具的複雜系統,工程師必須在系統中有意識地挑出並處理該執行的動作。現在,多數電路圖編輯器中最常使用的工具之一是「檢查並儲存」(Check and Save),這項功能可說是電子版的拼字檢查。若是想將生產力進一步提升,EDA軟體必須達到第三或第四階段。

第一個目標相當於自動拼字檢查,也就是說,設計檢查器必須持續地自動執行,並為使用者標出錯誤及問題設計。這類例子包括Pulsic公司的Animate Preview工具,它能在電路圖編輯器中即時產生類比佈局的預覽圖,讓電路工程師能在編輯錯配元件的電路圖時找到問題佈局。這類技術也可以讓工程師每次更動電路時,都會自動更新波形模擬的工具。

要想讓生產力自動化更上一層樓,類比工具必須能做出局部設計的修正建議。較高階的電路圖編輯器中,電流鏡內的元件也許能預設成同樣的通道寬度與長度。Animate Preview已有這種進展。它可以自動為主動元件對應虛擬元件,並重設電阻器和電容器的大小來縮小整體佈局。

或許有一天,也會有一個網頁專門為EAD自動修正錯誤。

4︰自動找出最適合各種佈局的電容器大小(來源:Pulsic)

EDA軟體終究得在類比設計流程中嵌入智慧決策系統,讓工程師能專心設計,而不用被各種工具的細部枝末節弄得暈頭轉向。這樣子的智慧設計系統將會在設計者輸入電路時加以理解與分析、自動完成常見結構來減少輸入時間、提出修正建議,並幾乎把佈局設計的過程完全自動化。這些智慧系統會學習使用者的設計偏好,並根據不同製程的需求加以調整。

經過這麼多年,類比設計流程的變化依舊不大,讓人不禁思考這些未來是否有些遙不可及。我們要知道,許多EDA公司正在研發這些技術,只要EDA與文書處理器一樣一步一腳印,很快地,或許有朝一日就能迎頭趕上。

(參考原文:What can analog EDA industry learn from word processor,by Mark Waller)

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