En el dinámico y complejo mundo de los proyectos de diseño de circuitos integrados (CI), la elección del software de automatización del diseño electrónico (EDA) es fundamental para el éxito. El software EDA ha revolucionado el panorama del diseño de CI, permitiendo a los ingenieros transformar ideas abstractas en circuitos tangibles de alto rendimiento.
Sin embargo, con la gran cantidad de opciones de software EDA disponibles en el mercado, cada una con características, capacidades y precios únicos, el proceso de selección puede ser abrumador. Este artículo busca desmitificar el proceso de elección del software EDA adecuado para su proyecto de diseño de placas de circuitos integrados, brindándole una guía completa para tomar una decisión informada.
¿Qué es el software EDA?
Definición y conceptos básicos
El software EDA, abreviatura de Electronic Design Automation (software de automatización de diseño electrónico), es un conjunto de herramientas indispensables para el diseño y desarrollo de sistemas electrónicos, en particular para la creación de circuitos integrados (CI). En esencia, es un espacio de trabajo virtual donde los ingenieros pueden transformar sus ideas de componentes electrónicos en un diseño completo y funcional.
Antes de la llegada del software EDA, el diseño de circuitos electrónicos era un proceso manual minucioso. Los ingenieros debían dibujar diagramas de circuitos a mano, calcular manualmente los valores de los componentes y construir y probar prototipos físicamente en cada etapa. Esto no solo requería mucho tiempo, sino que también era muy propenso a errores. El software EDA revolucionó este proceso al automatizar muchas de estas tareas. Proporciona una plataforma donde los ingenieros pueden utilizar representaciones digitales de componentes y circuitos, y el software se encarga de los cálculos, simulaciones y optimizaciones complejos.
Por ejemplo, al diseñar un circuito simple basado en un microcontrolador, un ingeniero puede usar el software EDA para seleccionar y colocar componentes virtuales, como el microcontrolador, resistencias, condensadores y otros periféricos, en un lienzo virtual. El software calcula automáticamente los parámetros eléctricos y las conexiones entre estos componentes, eliminando la necesidad de cálculos manuales.
Beneficios
La importancia de seleccionar las herramientas EDA adecuadas es fundamental. En primer lugar, influye directamente en la eficiencia del proceso de diseño. Un software EDA adecuado puede optimizar tareas como la captura de esquemas, el diseño de la disposición y la simulación, reduciendo el tiempo dedicado a operaciones manuales rutinarias y propensas a errores. Por ejemplo, las herramientas EDA avanzadas con algoritmos de enrutamiento automatizado pueden reducir significativamente el tiempo necesario para enrutar interconexiones en una disposición compleja de circuitos integrados (CI), que de otro modo podría tardar días o incluso semanas si se hiciera manualmente.
En segundo lugar, la calidad del diseño final del CI está estrechamente ligada a las capacidades del software EDA. Las herramientas EDA de alta gama ofrecen sofisticadas funciones de simulación y verificación. Estas permiten a los ingenieros predecir con precisión el rendimiento del CI diseñado en diversas condiciones reales, como diferentes rangos de temperatura, fuentes de alimentación y frecuencias de señal. Al detectar fallas de diseño en las primeras etapas del ciclo de desarrollo mediante simulaciones exhaustivas, se pueden evitar costosas iteraciones de rediseño y posibles fallos del producto.
Además, en una industria donde los avances tecnológicos son rápidos y la competencia en el mercado es feroz, elegir el software EDA adecuado puede otorgar a un proyecto una ventaja competitiva. Permite la implementación de las técnicas y estándares de diseño más recientes, garantizando que los circuitos integrados resultantes no solo sean funcionales, sino también de vanguardia en términos de rendimiento, consumo de energía y tamaño.
Funciones principales
- Diseño lógico
- La fase de diseño lógico es fundamental en cualquier diseño de circuito integrado (CI). El software EDA permite a los ingenieros definir la funcionalidad del circuito mediante lenguajes de descripción de hardware (HDL) como Verilog o VHDL. Mediante estos lenguajes, los ingenieros pueden describir el comportamiento de los componentes digitales del circuito, como la forma en que los biestables almacenan datos, la forma en que las puertas lógicas realizan operaciones como AND, OR y NOT, y la interacción entre los diferentes componentes. Por ejemplo, al diseñar un circuito de reloj digital, el ingeniero puede usar código HDL en el software EDA para definir la lógica del contador que registra los segundos, minutos y horas, y la lógica de visualización que muestra la hora en un dispositivo de salida.
- Simulación de circuitos
- La simulación de circuitos es otra función crucial del software EDA. Permite a los ingenieros probar el comportamiento del circuito diseñado antes de su fabricación física. Mediante simulaciones, los ingenieros pueden analizar cómo responde el circuito a diferentes señales de entrada, fuentes de alimentación y condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, en el diseño de un circuito amplificador de potencia, la simulación en el software EDA puede mostrar cómo se comporta el amplificador bajo diferentes amplitudes de señal de entrada, frecuencias y condiciones de carga. Esto ayuda a identificar problemas como distorsión de la señal, problemas de consumo de energía y problemas térmicos en las primeras etapas del proceso de diseño, ahorrando tiempo y dinero.
- Diseño y enrutamiento
- Una vez completados el diseño lógico y la simulación, el siguiente paso es crear la disposición física del CI. El software EDA proporciona herramientas de disposición que ayudan a los ingenieros a colocar los distintos componentes del circuito en la superficie del chip y a enrutar los cables de interconexión entre ellos. En un CI de alta densidad con millones de transistores, el proceso de disposición y enrutamiento es extremadamente complejo. El software EDA utiliza algoritmos para optimizar la colocación de los componentes y minimizar el área del chip y la longitud de los cables de interconexión, lo que a su vez reduce el retardo de la señal y el consumo de energía. Por ejemplo, en un chip procesador de aplicaciones para teléfonos inteligentes modernos, las herramientas de disposición y enrutamiento del software EDA garantizan que miles de millones de transistores y sus conexiones se distribuyan de forma que se maximice el rendimiento y se mantenga un tamaño compacto del chip.
- Verificación y Validación
- La verificación y la validación son esenciales para garantizar que el circuito integrado (CI) diseñado cumpla con todas las especificaciones requeridas. El software EDA ofrece diversas herramientas de verificación, incluyendo la verificación formal, que utiliza métodos matemáticos para demostrar que el diseño cumple con los requisitos especificados, y la verificación basada en simulación, que verifica la funcionalidad del diseño mediante diversos casos de prueba. Por otro lado, las herramientas de validación garantizan que el CI fabricado se comporte como se espera en aplicaciones reales. Por ejemplo, en el diseño de un CI automotriz crítico para la seguridad, la verificación y validación rigurosas mediante software EDA son cruciales para garantizar que el CI funcione correctamente en todas las condiciones de conducción posibles y no presente riesgos de seguridad.
Factores clave a considerar al seleccionar un software EDA
Requisitos de diseño
Funcionalidad necesaria
La funcionalidad del software EDA es fundamental. Los diferentes proyectos de diseño de circuitos integrados (CI) presentan requisitos diversos. Por ejemplo, si diseña un CI digital de alta velocidad para una aplicación de red de un centro de datos, necesitará un software EDA con funciones avanzadas de análisis de integridad de señal de alta velocidad. Esto incluye funciones como análisis de adaptación de impedancia, simulación de diafonía y cálculo de retardo de señal. Herramientas como Cadence Allegro ofrecen capacidades integrales de diseño de alta velocidad, lo que permite a los ingenieros modelar y analizar con precisión el comportamiento de señales de alta velocidad en circuitos digitales complejos.
Por otro lado, para el diseño de circuitos integrados analógicos, como los de gestión de energía, el software EDA debe contar con potentes funciones de simulación analógica. Debe ser capaz de modelar con precisión componentes como transistores, condensadores e inductores en el dominio analógico, y realizar simulaciones de parámetros como el consumo de energía, la regulación de voltaje y las características de ruido. Herramientas como Mentor Graphics Analog FastSPICE son reconocidas por su alta precisión en la simulación analógica, lo que las hace ideales para proyectos de diseño de circuitos integrados con uso intensivo de componentes analógicos.
Complejidad del Proyecto
La complejidad del proyecto de diseño de placas de circuitos integrados es otro factor crucial. Los proyectos sencillos con pocas docenas de componentes y funcionalidad básica pueden gestionarse con software EDA con menos funciones. Por ejemplo, si se diseña una placa de desarrollo básica basada en microcontroladores con algunos componentes periféricos como LED, botones y una interfaz de comunicación serie, las herramientas EDA básicas como KiCad pueden ser suficientes. KiCad ofrece captura de esquemas básicos, diseño de maquetación y algunas funciones de simulación sencillas, lo que lo convierte en una opción asequible y fácil de usar para proyectos a pequeña escala.
Sin embargo, para proyectos complejos a gran escala, como el diseño de un sistema en chip (SoC) multinúcleo con millones de transistores y múltiples bloques funcionales como CPU, GPU y controladores de memoria, es esencial contar con software EDA de alta gama. Estas herramientas deben gestionar la complejidad del diseño jerárquico, la gestión masiva de datos y las técnicas avanzadas de verificación. Herramientas como Synopsys Design Compiler e IC Compiler están diseñadas para gestionar diseños de circuitos integrados (CI) tan complejos y a gran escala. Ofrecen funciones como síntesis jerárquica, optimización del diseño físico y verificación formal, cruciales para garantizar el éxito de diseños de SoC complejos.
Facilidad de uso
Curva de aprendizaje
La curva de aprendizaje asociada con el software EDA puede afectar significativamente el cronograma del proyecto, especialmente si el equipo de ingeniería es nuevo en la herramienta. Para principiantes o equipos con poca experiencia en EDA, es muy recomendable un software con una curva de aprendizaje suave. Algunas herramientas EDA están diseñadas pensando en la facilidad de uso, ofreciendo interfaces intuitivas, tutoriales completos y asistentes útiles. Por ejemplo, EasyEDA es una herramienta EDA en línea muy popular entre aficionados y estudiantes. Tiene una interfaz sencilla e intuitiva y ofrece tutoriales paso a paso para tareas básicas de diseño de circuitos integrados, como la captura de esquemas y el diseño de PCB. Esto permite a los nuevos usuarios familiarizarse rápidamente y comenzar sus proyectos de diseño sin invertir mucho tiempo en aprender el software.
Por el contrario, algunas herramientas EDA de gama alta, aunque potentes, pueden presentar una curva de aprendizaje pronunciada. Estas herramientas suelen incluir una amplia gama de funciones avanzadas y flujos de trabajo complejos. Por ejemplo, algunos programas EDA de nivel empresarial utilizados en grandes empresas de semiconductores pueden requerir que los ingenieros realicen una formación exhaustiva para dominar todas sus funciones. Si bien la inversión en el aprendizaje de estas herramientas puede ser rentable gracias a las avanzadas capacidades de diseño y verificación que ofrecen, es importante considerar el tiempo y los recursos necesarios para la formación, especialmente en proyectos con plazos ajustados.
Interfaz de usuario
Una interfaz de usuario (UI) bien diseñada puede mejorar considerablemente la experiencia del usuario y la eficiencia del diseño. Una IU intuitiva facilita a los ingenieros la navegación por las diversas funciones del software EDA. Por ejemplo, un software con una estructura de menú clara y organizada, donde se accede fácilmente a diferentes tareas de diseño, como la captura de esquemas, el diseño y la simulación, puede ahorrar mucho tiempo. Altium Designer es conocido por su interfaz intuitiva. Cuenta con un entorno de diseño unificado donde los usuarios pueden cambiar fácilmente entre el diseño de esquemas y el diseño de PCB. La interfaz también proporciona retroalimentación en tiempo real, como señalar posibles errores de diseño mientras el usuario trabaja, lo que ayuda a detectar errores a tiempo y a mejorar la calidad general del diseño.
Además, una interfaz de usuario personalizable puede ser una gran ventaja para los usuarios experimentados. Pueden organizar el espacio de trabajo, las barras de herramientas y los paneles según sus preferencias y hábitos de trabajo. Esto les permite optimizar su flujo de trabajo y trabajar de forma más eficiente. Algunos programas de EDA, como Xilinx ISE (Entorno de Software Integrado) para el diseño de FPGA, ofrecen cierto grado de personalización de la interfaz de usuario. Los ingenieros pueden personalizar el diseño del navegador de proyectos, el editor de código fuente y las ventanas de simulación para adaptarlo a sus tareas y preferencias de diseño específicas.
Complejidad del Proyecto
La complejidad del proyecto de diseño de placas de circuitos integrados es otro factor crucial. Los proyectos sencillos con pocas docenas de componentes y funcionalidad básica pueden gestionarse con software EDA con menos funciones. Por ejemplo, si se diseña una placa de desarrollo básica basada en microcontroladores con algunos componentes periféricos como LED, botones y una interfaz de comunicación serie, las herramientas EDA básicas como KiCad pueden ser suficientes. KiCad ofrece captura de esquemas básicos, diseño de maquetación y algunas funciones de simulación sencillas, lo que lo convierte en una opción asequible y fácil de usar para proyectos a pequeña escala.
Sin embargo, para proyectos complejos a gran escala, como el diseño de un sistema en chip (SoC) multinúcleo con millones de transistores y múltiples bloques funcionales como CPU, GPU y controladores de memoria, es esencial contar con software EDA de alta gama. Estas herramientas deben gestionar la complejidad del diseño jerárquico, la gestión masiva de datos y las técnicas avanzadas de verificación. Herramientas como Synopsys Design Compiler e IC Compiler están diseñadas para gestionar diseños de circuitos integrados (CI) tan complejos y a gran escala. Ofrecen funciones como síntesis jerárquica, optimización del diseño físico y verificación formal, cruciales para garantizar el éxito de diseños de SoC complejos.
Compatibilidad
Con otras herramientas
En los flujos de trabajo modernos de diseño de circuitos integrados (CI), el software EDA suele necesitar trabajar en conjunto con otras herramientas de diseño. La compatibilidad con otras herramientas, como las de diseño asistido por computadora (CAD) y fabricación asistida por computadora (CAM), es crucial para una transferencia de datos fluida y procesos de diseño eficientes. Por ejemplo, en el diseño de una placa de CI, el software EDA puede necesitar exportar los datos de diseño a una herramienta CAM para su fabricación. Si el software EDA no es compatible con la herramienta CAM, puede provocar problemas de conversión de datos, errores en la fabricación y retrasos en el proyecto. EAGLE, una herramienta EDA, es compatible con diversos software CAM. Puede exportar archivos Gerber, el formato estándar para la fabricación de PCB, de forma que la mayoría de los sistemas CAM puedan leerlos fácilmente, lo que garantiza una transición fluida de la fase de diseño a la de fabricación.
Además, la compatibilidad con otras herramientas EDA dentro del mismo ecosistema de diseño también puede ser beneficiosa. Por ejemplo, en un proyecto de diseño de circuitos integrados a gran escala, diferentes equipos pueden utilizar distintas herramientas EDA para distintos aspectos del diseño; por ejemplo, un equipo utiliza las herramientas de Synopsys para el diseño front-end y otro las de Cadence para el diseño back-end. En estos casos, la capacidad de estas herramientas para intercambiar datos y trabajar juntas es esencial. Muchos proveedores de EDA trabajan actualmente para mejorar la interoperabilidad entre sus herramientas, a menudo mediante formatos de datos e interfaces estándar del sector, para facilitar una colaboración fluida entre las diferentes fases de diseño y equipos.
Con hardware
La compatibilidad del software EDA con el hardware es otro factor importante. Esto incluye la compatibilidad con el hardware de destino en el que se implementará el CI diseñado, así como con el hardware utilizado para ejecutar el propio software EDA. Por ejemplo, si se diseña un CI para un dispositivo FPGA (matriz de puertas programables en campo) específico, el software EDA debe ser compatible con esa familia de FPGA. Xilinx Vivado está diseñado específicamente para ser compatible con los dispositivos FPGA de Xilinx. Ofrece bibliotecas específicas para cada dispositivo, así como herramientas de síntesis e implementación optimizadas para FPGAs de Xilinx, lo que garantiza que el CI diseñado pueda programarse correctamente en el dispositivo de destino.
Por otro lado, el software EDA también debe ser compatible con el hardware en el que se ejecuta. Las herramientas EDA de gama alta, especialmente las utilizadas para simulaciones complejas y diseños a gran escala, suelen requerir recursos computacionales considerables. Deben ser compatibles con estaciones de trabajo o servidores de alto rendimiento con procesadores multinúcleo, gran cantidad de RAM y tarjetas gráficas potentes. Por ejemplo, algunas herramientas avanzadas de simulación EDA podrían no funcionar correctamente en una computadora de escritorio estándar con recursos limitados, pero sí lo harán de forma óptima en una estación de trabajo con una CPU de gama alta, 64 GB o más de RAM y una tarjeta gráfica profesional.
Costo
Modelo de licencia
El software EDA ofrece varios modelos de licencia, cada uno con sus propias implicaciones de costo. Un modelo común es la licencia por usuario. En este modelo, el proveedor del software cobra una tarifa por cada usuario que utilice el software EDA. Esto puede ser adecuado para equipos pequeños con un número de usuarios bien definido. Por ejemplo, una pequeña startup con un equipo de 5 a 10 ingenieros puede considerar una licencia por usuario para una herramienta EDA como Altium Designer como una opción rentable. El costo por usuario puede variar según las características y la versión del software, pero permite a la empresa controlar los costos del software en función del número real de usuarios.
Otro modelo es la licencia por proyecto. Con este modelo, la tarifa de la licencia se basa en cada proyecto de diseño individual. Esto puede ser beneficioso para empresas que trabajan en un número limitado de proyectos a la vez. Por ejemplo, una empresa de servicios de diseño que asume varios proyectos de diseño de circuitos integrados de alto valor podría preferir una licencia por proyecto. El proveedor de software puede cobrar una tarifa fija por cada proyecto, independientemente del número de ingenieros que trabajen en él, lo que puede resultar más rentable para proyectos con equipos grandes.
Las licencias por suscripción también se han popularizado en los últimos años. En este modelo, el usuario paga una cuota recurrente, generalmente mensual o anual, para usar el software EDA. Este modelo ofrece varias ventajas, como el acceso a las últimas actualizaciones y funciones del software sin tener que pagar una actualización importante. Por ejemplo, algunos proveedores de EDA ofrecen licencias por suscripción para sus herramientas, lo que puede resultar más asequible para pequeñas y medianas empresas (pymes) que no disponen del presupuesto para una gran inversión inicial de software. Además, permite a las empresas ampliar o reducir el uso del software según las necesidades de su proyecto, ya que pueden cancelar o renovar la suscripción fácilmente.
Costo total de propiedad
Al evaluar el costo del software EDA, es importante considerar el costo total de propiedad (TCO), que incluye no solo la compra inicial o la cuota de licencia, sino también otros costos asociados. El costo de mantenimiento es uno de estos factores. Los proveedores de software EDA suelen cobrar una cuota de mantenimiento, generalmente un porcentaje del costo inicial del software, para brindar soporte técnico, corrección de errores y actualizaciones de software. Por ejemplo, una herramienta EDA de alta gama puede tener una cuota de mantenimiento del 15 al 20 % del costo de la licencia anual. Esto garantiza que el software se mantenga actualizado y compatible con los últimos estándares y hardware de la industria.
También deben tenerse en cuenta los costos de actualización. A medida que la tecnología evoluciona, los proveedores de software EDA lanzan nuevas versiones con funciones y capacidades mejoradas. Actualizar a una nueva versión puede requerir un costo adicional. Por ejemplo, una actualización importante de una herramienta EDA puede costar una parte significativa del precio de la licencia original. Es importante considerar estos costos de actualización a largo plazo, especialmente si se prevé utilizar el software durante varios años.
Además, la capacitación del equipo de ingeniería para el uso eficaz del software EDA puede conllevar costos. Esto puede incluir el costo de sesiones de capacitación internas, cursos en línea o la participación de empleados en programas de capacitación patrocinados por el proveedor. Por ejemplo, si una empresa adquiere una herramienta EDA nueva y compleja, podría necesitar invertir en cursos de capacitación para sus ingenieros, lo que puede incrementar el costo total de uso del software. Todos estos factores (costos de licencia, costos de mantenimiento, costos de actualización y costos de capacitación) deben considerarse al calcular el costo total de propiedad de un software EDA para tomar una decisión informada que se ajuste al presupuesto del proyecto y a los requisitos a largo plazo.
Software EDA popular en el mercado
Cadencia
Cadence se erige como un gigante en el panorama del software EDA, ofreciendo un conjunto completo de herramientas que satisfacen una amplia gama de requisitos de diseño de circuitos integrados. Una de sus principales fortalezas reside en su capacidad para el diseño y la verificación de circuitos tanto analógicos como digitales.
En el ámbito del diseño de circuitos integrados (CI) analógicos y de señal mixta, las herramientas de Cadence gozan de gran prestigio. Por ejemplo, su suite de productos Virtuoso ADE ofrece un entorno integral para el diseño de circuitos analógicos. Los ingenieros pueden crear modelos de dispositivos personalizados, realizar simulaciones exhaustivas y ajustar parámetros con precisión. Esto es crucial para aplicaciones como el diseño de amplificadores de alto rendimiento para equipos de audio o convertidores analógico-digitales (ADC) de precisión en sistemas de adquisición de datos. Las avanzadas funciones de simulación de la suite permiten modelar con precisión el comportamiento de los componentes analógicos en diversas condiciones de funcionamiento, garantizando que el diseño final cumpla con los exigentes requisitos de las aplicaciones del mundo real.
Para el diseño de circuitos integrados digitales, Cadence ofrece herramientas como la Solución de Síntesis Genus. Esta herramienta se centra en la síntesis lógica y desempeña un papel fundamental en la optimización de la potencia, el rendimiento y el área (PPA) de los circuitos digitales. Utiliza algoritmos sofisticados para transformar descripciones de alto nivel de circuitos digitales en listas de conexiones optimizadas a nivel de puerta. Por ejemplo, en el diseño de un microprocesador de alta velocidad, Genus puede optimizar el circuito para alcanzar la máxima velocidad de procesamiento, minimizando al mismo tiempo el consumo de energía y el área del chip, factores cruciales en el diseño moderno de circuitos integrados digitales.
El Simulador de Circuitos Cadences Spectre es otro producto estrella. Es reconocido por su precisión SPICE en la simulación de circuitos, lo que lo convierte en una herramienta esencial para RF (radiofrecuencia) y otras aplicaciones de alto rendimiento. Ya sea para diseñar un chip de comunicación 5G o un transceptor de radar de alta frecuencia, Spectre puede simular con precisión el comportamiento de los circuitos de RF, considerando factores como la atenuación de la señal, la adaptación de impedancia y la interferencia electromagnética.
Sinopsis
Synopsys se ha establecido firmemente como líder en el dominio del diseño digital, con un conjunto de herramientas que son estándares de la industria en muchos aspectos del proceso de diseño de circuitos integrados.
En el área de síntesis lógica, Synopsys Design Compiler es una herramienta clave. Ha sido la herramienta predilecta de los ingenieros durante décadas, con el respaldo de más de 60 proveedores de semiconductores y más de 380 bibliotecas de procesos. Design Compiler permite a los diseñadores de circuitos integrados (CI) traducir descripciones de nivel de transferencia de registro (RTL) en circuitos optimizados a nivel de puerta. Considera diversas restricciones de diseño, como la temporización, la potencia y el área, y utiliza una amplia gama de técnicas de optimización, como la reestructuración lógica, la compartición de recursos y el dimensionamiento de puertas, para lograr el mejor diseño posible. Por ejemplo, al diseñar un sistema en chip (SoC) complejo con múltiples bloques funcionales, Design Compiler puede sintetizar eficientemente la lógica digital de cada bloque, garantizando que el SoC en su conjunto cumpla con sus objetivos de rendimiento.
Las herramientas de verificación de la empresa también gozan de gran prestigio. VCS (Simulador Compilado Verilog) es un motor de simulación de alto rendimiento compatible con múltiples lenguajes de descripción de hardware, como Verilog, SystemVerilog y VHDL. Puede gestionar diseños a gran escala con facilidad, lo que lo hace ideal para la verificación de circuitos integrados (CI) complejos, como microprocesadores avanzados y FPGAs de alta gama. VCS ofrece características como alta velocidad de simulación, generación de formas de onda de alta precisión y funciones avanzadas de depuración, esenciales para garantizar la funcionalidad del CI diseñado.
En el ámbito del diseño físico, Synopsys IC Compiler II es una herramienta de vanguardia. Se encarga del diseño y el enrutamiento de los circuitos digitales en el chip. IC Compiler II utiliza algoritmos avanzados para optimizar la colocación de componentes y el enrutamiento de los cables de interconexión. Es capaz de afrontar los complejos retos del diseño moderno de circuitos integrados (CI), como la gestión de diseños de alta densidad, dominios multivoltaje y redes complejas de distribución de energía. Por ejemplo, en el diseño de una unidad de procesamiento gráfico (GPU) de alto rendimiento, IC Compiler II garantiza que los miles de millones de transistores y sus conexiones se distribuyan de forma que se maximice el rendimiento y se minimice el retardo de la señal.
Gráficos Mentor (Siemens)
Desde su adquisición por Siemens, Mentor Graphics ha seguido evolucionando y ampliando su presencia en el mercado EDA, y sus herramientas encuentran una amplia aplicación tanto en el diseño de PCB como en el de IC.
En el ámbito del diseño de PCB, el software PADS de Mentor Graphics es muy conocido. Ofrece un conjunto completo de funciones para el diseño y la disposición de PCB. PADS permite a los ingenieros crear diseños de PCB detallados, gestionar la colocación de componentes y trazar trazas fácilmente. También proporciona funciones avanzadas para el análisis de la integridad de la señal, crucial para diseños de PCB de alta velocidad. Por ejemplo, en el diseño de una placa base de alta velocidad para un servidor, PADS puede analizar y optimizar las rutas de la señal para garantizar que los datos se transmitan a alta velocidad sin una degradación significativa de la señal.
En el ámbito del diseño de circuitos integrados (CI), Mentor Graphics ofrece herramientas como Calibre. Calibre es una potente herramienta de verificación física crucial para garantizar la viabilidad de fabricación de los diseños de CI. Permite realizar la verificación de las reglas de diseño (DRC), la verificación de diseño vs. esquema (LVS) y la extracción parásita. Estas funciones son esenciales para detectar y corregir cualquier defecto de diseño que pueda provocar fallos de fabricación. Por ejemplo, Calibre puede comprobar si el diseño del CI cumple con las estrictas normas de fabricación de una fundición de semiconductores y si presenta cortocircuitos o circuitos abiertos.
Mentor Graphics también ofrece herramientas para el diseño de circuitos integrados (CI) analógicos y de señal mixta, como Eldo. Eldo es un simulador de circuitos que proporciona una simulación precisa de circuitos analógicos y de señal mixta. Es capaz de gestionar diseños analógicos complejos, incluyendo aquellos con múltiples dominios de tensión y componentes de alta frecuencia, lo que lo hace ideal para aplicaciones como CI de gestión de energía e interfaces de comunicación de alta velocidad.
Otro software notable
- KiCad
KiCad es un software EDA de código abierto que ha ganado popularidad, especialmente entre aficionados, estudiantes y pequeños equipos de diseño. Ofrece un conjunto básico pero completo de herramientas para el diseño de placas de circuitos integrados. KiCad permite a los usuarios crear esquemas, diseñar diseños de PCB y realizar simulaciones sencillas. Uno de sus principales atractivos es su interfaz intuitiva y su bajo coste (al ser de código abierto). Por ejemplo, un aficionado interesado en diseñar un proyecto sencillo basado en microcontroladores, como una estación meteorológica casera, puede usar KiCad para diseñar rápidamente el esquema del circuito y el diseño de la PCB, sin tener que invertir en costosos software EDA comerciales.
- Diseñador de Altium
Altium Designer es conocido por su facilidad de uso y su capacidad para gestionar una amplia gama de proyectos de diseño, desde simples hasta moderadamente complejos. Proporciona un entorno de diseño unificado donde los usuarios pueden moverse sin problemas entre la captura de esquemas, el diseño de PCB y el modelado 3D. Este software es popular entre pequeñas y medianas empresas (pymes) y startups centradas en el diseño. Por ejemplo, una startup que desarrolla un nuevo producto de electrónica de consumo, como un reproductor de audio portátil, puede usar Altium Designer para diseñar toda la placa de circuito impreso, visualizar cómo se dispondrán los componentes en 3D y garantizar que el diseño sea fabricable.
- Xilinx ISE (entorno de software integrado) y Vivado
Estas son herramientas EDA diseñadas específicamente para el diseño de FPGA (Field – Programmable Gate Array) de Xilinx. Xilinx ISE ha sido una herramienta de larga trayectoria en la comunidad de diseño de FPGA, ofreciendo un conjunto de funciones para la síntesis, implementación y depuración de FPGA. Vivado, por otro lado, es la suite de diseño de nueva generación de Xilinx. Ofrece funciones mejoradas como la síntesis de alto nivel (HLS), que permite a los ingenieros describir diseños de FPGA de una manera más abstracta, utilizando lenguajes como C, C++ y SystemC. Estas herramientas son esenciales para los ingenieros que trabajan en proyectos que involucran FPGA de Xilinx, como el desarrollo de aceleradores de hardware personalizados para aplicaciones de centros de datos o la implementación de sistemas de control en tiempo real utilizando FPGA.
Tomando la decisión
Estudios de caso
- Caso 1: Diseño de circuitos integrados digitales de alta velocidad para una aplicación de red
Una empresa recibió el encargo de diseñar un circuito integrado (CI) digital de alta velocidad para un conmutador de red de centro de datos de última generación. El proyecto requería gestionar velocidades de datos de hasta 100 Gbps. El equipo de diseño consideró inicialmente varias opciones de software EDA. Evaluaron la funcionalidad de cada software, centrándose en sus capacidades de análisis de integridad de señal de alta velocidad.
Se eligió Cadence Allegro por sus avanzadas funciones en este ámbito. Podía simular con precisión el comportamiento de señales de alta velocidad, considerando factores como la atenuación de la señal, la diafonía y la adaptación de impedancia. Durante el proceso de diseño, las herramientas de simulación de Allegro ayudaron al equipo a identificar y corregir posibles problemas de integridad de la señal desde el principio. Como resultado, el diseño se completó dentro del plazo previsto y el circuito integrado final cumplió con todos los requisitos de rendimiento. La transferencia de datos a alta velocidad fue estable, con mínimos errores de señal, lo cual fue crucial para el funcionamiento fiable del conmutador de red.
- Caso 2: Diseño de circuitos integrados analógicos para una aplicación de gestión de energía
Una startup estaba desarrollando un circuito integrado de gestión de energía para una nueva línea de dispositivos electrónicos portátiles. El diseño requería un control preciso del consumo de energía, regulación de voltaje y un funcionamiento silencioso. Evaluaron diferentes programas de EDA basándose en sus capacidades de diseño analógico.
Se seleccionó Mentor Graphics Eldo por sus excelentes funciones de simulación analógica. Podía modelar con precisión el comportamiento de componentes analógicos como transistores, condensadores e inductores. Con Eldo, el equipo de diseño pudo realizar simulaciones exhaustivas del circuito de gestión de energía bajo diversas condiciones de carga. Esto les permitió optimizar el circuito para lograr la máxima eficiencia y estabilidad. El CI de gestión de energía resultante presentó una alta eficiencia de conversión de potencia, baja ondulación de la tensión de salida y cumplió con los estrictos requisitos de ruido de la aplicación de electrónica portátil. La startup logró comercializar su producto rápidamente, obteniendo una ventaja competitiva en el mercado de la electrónica portátil.
Consejos para la evaluación
- Solicitar una prueba
La mayoría de los proveedores de software EDA ofrecen versiones de prueba de sus productos. Aproveche estas versiones de prueba para adquirir experiencia práctica con el software. Durante el período de prueba, intente realizar tareas de diseño típicas relevantes para su proyecto. Por ejemplo, si está diseñando un circuito integrado complejo con múltiples bloques jerárquicos, use la versión de prueba para crear un prototipo a pequeña escala de este diseño. Pruebe las capacidades de captura esquemática, diseño de maquetación y simulación del software. Esto le dará una idea real de si el software se adapta a sus necesidades y si es fácil de usar.
- Lea reseñas y testimonios de usuarios
Las plataformas en línea, los foros del sector y los sitios web de reseñas son excelentes fuentes de información. Lea reseñas de otros diseñadores de circuitos integrados que hayan utilizado el software EDA que está considerando. Busque reseñas relevantes para su tipo de proyecto. Por ejemplo, si trabaja en un diseño basado en FPGA, busque reseñas de ingenieros que hayan utilizado el software en proyectos de FPGA. Preste atención tanto a los aspectos positivos como a los negativos mencionados en las reseñas. Los testimonios de los usuarios pueden ofrecer información sobre el rendimiento real del software, los problemas que encontraron durante el proceso de diseño y cómo respondió el equipo de soporte del proveedor a sus problemas.
- Consulte con expertos
Contacta con diseñadores de circuitos integrados con experiencia, expertos del sector o tu red profesional. Pueden ofrecerte valiosos consejos basados en su propia experiencia. Puedes preguntarles sobre su software EDA favorito para diferentes tipos de proyectos, qué software recomendarían evitar y consejos para sacar el máximo partido a una herramienta EDA concreta. Por ejemplo, asistir a congresos del sector o unirse a comunidades online de diseño de circuitos integrados puede brindarte la oportunidad de interactuar con expertos. También puedes participar en grupos relevantes de LinkedIn o comunidades de Reddit dedicadas al diseño de circuitos integrados, donde puedes publicar tus preguntas y obtener respuestas de una amplia gama de profesionales.
Conclusión
En conclusión, elegir el software EDA adecuado para su proyecto de diseño de placas de circuitos integrados es una decisión que requiere una cuidadosa consideración de múltiples factores. La funcionalidad del software debe alinearse con las necesidades específicas de su proyecto, ya sea un diseño digital de alta velocidad, un proyecto con uso intensivo de componentes analógicos o un diseño complejo de SoC. La facilidad de uso, incluyendo una curva de aprendizaje manejable y una interfaz de usuario intuitiva, puede influir significativamente en la eficiencia de su proceso de diseño, especialmente para equipos con diferentes niveles de experiencia.
La compatibilidad con otras herramientas de su ecosistema de diseño y el hardware en el que se ejecuta el software es crucial para una transferencia de datos fluida y el éxito general del proyecto. El coste es otro factor importante, y es esencial evaluar no solo el modelo de licencia, sino también el coste total de propiedad, incluyendo los costes de mantenimiento, actualización y formación.
