Dans le domaine dynamique et complexe des projets de conception de cartes de circuits intégrés (CI), le choix d’un logiciel d’automatisation de la conception électronique (EDA) est un facteur clé de succès. Les logiciels EDA ont révolutionné le paysage de la conception de CI, permettant aux ingénieurs de transformer des idées abstraites en circuits concrets et performants.
Cependant, face à la multitude de logiciels de CAO électronique disponibles sur le marché, chacun offrant des fonctionnalités, des capacités et des tarifs uniques, le choix peut s’avérer complexe. Cet article vise à simplifier le processus de sélection du logiciel de CAO électronique adapté à votre projet de conception de circuits intégrés, en vous fournissant un guide complet pour vous aider à prendre une décision éclairée.
Qu'est-ce qu'un logiciel EDA ?
Définition et notions de base
Les logiciels EDA, abréviation de Electronic Design Automation (logiciels de conception électronique automatisée), sont une suite d’outils devenus indispensables à la conception et au développement de systèmes électroniques, notamment pour la création de circuits intégrés (CI). Il s’agit essentiellement d’un espace de travail virtuel où les ingénieurs peuvent transformer leurs idées de composants électroniques en une conception fonctionnelle et complète.
Avant l’avènement des logiciels de CAO électronique, la conception de circuits électroniques était un processus fastidieux et manuel. Les ingénieurs devaient dessiner les schémas de circuits à la main, calculer manuellement les valeurs des composants et construire et tester physiquement des prototypes à chaque étape. Ce processus était non seulement chronophage, mais aussi très sujet aux erreurs. Les logiciels de CAO électronique ont révolutionné ce processus en automatisant bon nombre de ces tâches. Ils offrent une plateforme où les ingénieurs peuvent utiliser des représentations numériques des composants et des circuits, le logiciel prenant en charge les calculs complexes, les simulations et les optimisations.
Par exemple, lors de la conception d’un circuit simple à microcontrôleur, un ingénieur peut utiliser un logiciel de CAO électronique pour sélectionner et placer des composants virtuels tels que le microcontrôleur, des résistances, des condensateurs et d’autres périphériques sur une interface graphique. Le logiciel calcule ensuite automatiquement les paramètres électriques et les connexions entre ces composants, ce qui évite d’avoir à effectuer des calculs manuels.
Avantages
L’importance du choix des outils EDA appropriés est capitale. En effet, ils influent directement sur l’efficacité du processus de conception. Un logiciel EDA performant permet de rationaliser des tâches telles que la saisie de schémas, la conception de circuits intégrés et la simulation, réduisant ainsi le temps consacré aux opérations manuelles répétitives et sources d’erreurs. Par exemple, les outils EDA avancés dotés d’algorithmes de routage automatisés peuvent considérablement réduire le temps nécessaire au routage des interconnexions dans un circuit intégré complexe, une opération qui pourrait prendre des jours, voire des semaines, si elle était réalisée manuellement.
Deuxièmement, la qualité de la conception finale du circuit intégré est étroitement liée aux capacités du logiciel de CAO. Les outils de CAO haut de gamme offrent des fonctionnalités de simulation et de vérification sophistiquées. Celles-ci permettent aux ingénieurs de prédire avec précision le comportement du circuit intégré conçu dans diverses conditions réelles, telles que différentes plages de température, alimentations et fréquences de signal. En détectant les défauts de conception dès les premières étapes du cycle de développement grâce à des simulations complètes, on peut éviter des itérations de reconception coûteuses et d’éventuelles défaillances du produit.
De plus, dans un secteur où les progrès technologiques sont rapides et la concurrence féroce, le choix d’un logiciel de CAO électronique adapté peut conférer à un projet un avantage concurrentiel. Il permet la mise en œuvre des techniques et normes de conception les plus récentes, garantissant ainsi que les circuits intégrés obtenus soient non seulement fonctionnels, mais aussi à la pointe de la technologie en termes de performances, de consommation d’énergie et de taille.
Fonctions principales
- Conception logique
- Au cœur de toute conception de circuit intégré se trouve la phase de conception logique. Les logiciels de CAO permettent aux ingénieurs de définir les fonctionnalités du circuit à l’aide de langages de description de matériel (HDL) tels que Verilog ou VHDL. Grâce à ces langages, ils peuvent décrire le comportement des composants numériques du circuit : comment les bascules stockent les données, comment les portes logiques effectuent des opérations comme ET, OU et NON, et comment les différents composants interagissent entre eux. Par exemple, lors de la conception d’un circuit d’horloge numérique, l’ingénieur peut utiliser du code HDL dans le logiciel de CAO pour définir la logique du compteur qui gère les secondes, les minutes et les heures, ainsi que la logique d’affichage qui indique l’heure sur un périphérique de sortie.
- Simulation de circuit
- La simulation de circuits est une autre fonction essentielle des logiciels de CAO. Elle permet aux ingénieurs de tester le comportement du circuit conçu avant sa fabrication physique. Grâce aux simulations, ils peuvent analyser la réponse du circuit à différents signaux d’entrée, alimentations et conditions de fonctionnement. Par exemple, lors de la conception d’un amplificateur de puissance, la simulation dans un logiciel de CAO peut montrer comment l’amplificateur se comporte sous différentes amplitudes, fréquences et charges des signaux d’entrée. Cela permet d’identifier rapidement, dès les premières étapes de la conception, des problèmes tels que la distorsion du signal, les problèmes de consommation d’énergie et les problèmes thermiques, ce qui représente un gain de temps et d’argent considérable.
- Mise en page et routage
- Une fois la conception logique et la simulation terminées, l’étape suivante consiste à créer l’implantation physique du circuit intégré. Les logiciels de CAO électronique fournissent des outils d’implantation qui aident les ingénieurs à placer les différents composants du circuit sur la surface de la puce et à acheminer les pistes d’interconnexion. Dans un circuit intégré haute densité comportant des millions de transistors, le processus d’implantation et de routage est extrêmement complexe. Les logiciels de CAO électronique utilisent des algorithmes pour optimiser le placement des composants afin de minimiser la surface de la puce et la longueur des pistes d’interconnexion, ce qui réduit le délai de propagation du signal et la consommation d’énergie. Par exemple, dans une puce de processeur d’application pour smartphone moderne, les outils d’implantation et de routage des logiciels de CAO électronique garantissent que les milliards de transistors et leurs connexions sont agencés de manière à maximiser les performances tout en conservant une taille de puce compacte.
- Vérification et validation
- La vérification et la validation sont essentielles pour garantir que le circuit intégré conçu réponde à toutes les spécifications requises. Les logiciels de CAO électronique offrent une gamme d’outils de vérification, notamment la vérification formelle, qui utilise des méthodes mathématiques pour prouver que la conception satisfait aux exigences spécifiées, et la vérification par simulation, qui contrôle la fonctionnalité de la conception à travers différents cas de test. Les outils de validation, quant à eux, garantissent que le circuit intégré fabriqué se comporte comme prévu dans des applications réelles. Par exemple, lors de la conception d’un circuit intégré automobile critique pour la sécurité, une vérification et une validation rigoureuses à l’aide d’un logiciel de CAO électronique sont cruciales pour garantir que le circuit intégré fonctionne correctement dans toutes les conditions de conduite possibles et ne présente aucun risque pour la sécurité.
Facteurs clés à prendre en compte lors du choix d'un logiciel EDA
Exigences de conception
Fonctionnalités nécessaires
La fonctionnalité du logiciel EDA est un critère fondamental. Les exigences varient selon les projets de conception de circuits intégrés. Par exemple, pour la conception d’un circuit intégré numérique haute vitesse destiné à une application de réseau de centre de données, un logiciel EDA doté de capacités avancées d’analyse de l’intégrité du signal haute vitesse est indispensable. Ces capacités incluent notamment l’analyse d’adaptation d’impédance, la simulation de diaphonie et le calcul du délai de propagation. Des outils comme Cadence Allegro offrent des fonctionnalités complètes de conception haute vitesse, permettant aux ingénieurs de modéliser et d’analyser avec précision le comportement des signaux haute vitesse dans des circuits numériques complexes.
En revanche, pour la conception de circuits intégrés analogiques, comme un circuit intégré de gestion de l’alimentation, le logiciel de CAO électronique doit posséder de solides fonctionnalités de simulation analogique. Il doit être capable de modéliser avec précision des composants tels que les transistors, les condensateurs et les inductances dans le domaine analogique, et d’effectuer des simulations pour des paramètres comme la consommation d’énergie, la régulation de tension et les caractéristiques de bruit. Des outils comme Mentor Graphics Analog FastSPICE sont reconnus pour leurs capacités de simulation analogique de haute précision, ce qui les rend parfaitement adaptés aux projets de conception de circuits intégrés à forte composante analogique.
Complexité du projet
La complexité du projet de conception de carte de circuit intégré est un autre facteur crucial. Les projets simples, comportant quelques dizaines de composants et des fonctionnalités de base, peuvent être gérés par des logiciels de CAO électronique moins riches en fonctionnalités. Par exemple, pour la conception d’une carte de développement basique à microcontrôleur avec quelques périphériques tels que des LED, des boutons et une interface de communication série, des outils de CAO électronique d’entrée de gamme comme KiCad peuvent suffire. KiCad offre des fonctions de base de saisie de schémas, de conception de routage et quelques capacités de simulation simples, ce qui en fait une option abordable et facile à utiliser pour les projets de petite envergure.
Cependant, pour les projets complexes de grande envergure, tels que la conception d’un système sur puce (SoC) multicœur comportant des millions de transistors et de multiples blocs fonctionnels (CPU, GPU, contrôleurs de mémoire, etc.), un logiciel de CAO électronique haut de gamme est indispensable. Ces outils doivent gérer la complexité de la conception hiérarchique, le traitement de volumes massifs de données et les techniques de vérification avancées. Des outils comme Synopsys Design Compiler et IC Compiler sont conçus pour traiter ces conceptions de circuits intégrés complexes à grande échelle. Ils offrent des fonctionnalités telles que la synthèse hiérarchique, l’optimisation de la conception physique et la vérification formelle, essentielles à la réussite des conceptions de SoC complexes.
Facilité d'utilisation
Courbe d'apprentissage
La courbe d’apprentissage des logiciels de CAO électronique peut impacter significativement le calendrier d’un projet, surtout si l’équipe d’ingénierie découvre l’outil. Pour les débutants ou les équipes ayant une expérience limitée en CAO électronique, un logiciel facile à prendre en main est fortement recommandé. Certains outils de CAO électronique sont conçus pour être conviviaux, offrant des interfaces intuitives, des tutoriels complets et des assistants pratiques. Par exemple, EasyEDA est un outil de CAO électronique en ligne particulièrement populaire auprès des amateurs et des étudiants. Son interface simple et intuitive propose des tutoriels pas à pas pour les tâches de conception de circuits intégrés de base, telles que la saisie de schémas et le routage de circuits imprimés. Cela permet aux nouveaux utilisateurs de se familiariser rapidement avec le logiciel et de démarrer leurs projets de conception sans consacrer un temps considérable à son apprentissage.
En revanche, certains outils EDA haut de gamme, bien que puissants, peuvent présenter une courbe d’apprentissage abrupte. Ces outils offrent souvent un large éventail de fonctionnalités avancées et des flux de travail complexes. Par exemple, certains logiciels EDA d’entreprise utilisés dans les grandes sociétés de semi-conducteurs peuvent exiger des ingénieurs une formation approfondie pour maîtriser toutes leurs fonctionnalités. Bien que l’investissement dans l’apprentissage de ces outils puisse s’avérer rentable au vu des capacités avancées de conception et de vérification qu’ils offrent, il est important de prendre en compte le temps et les ressources nécessaires à la formation, notamment dans le cadre de projets aux délais serrés.
Interface utilisateur
Une interface utilisateur (IU) bien conçue peut considérablement améliorer l’expérience utilisateur et l’efficacité de la conception. Une IU intuitive facilite la navigation des ingénieurs à travers les différentes fonctions du logiciel de CAO électronique. Par exemple, un logiciel doté d’une structure de menus claire et organisée, où les différentes tâches de conception telles que la saisie de schémas, le routage et la simulation sont facilement accessibles, permet un gain de temps considérable. Altium Designer est reconnu pour son interface conviviale. Il offre un environnement de conception unifié permettant aux utilisateurs de passer aisément de la conception de schémas au routage de circuits imprimés. L’interface fournit également un retour d’information en temps réel, notamment en signalant les erreurs de conception potentielles pendant que l’utilisateur travaille, ce qui contribue à détecter les erreurs au plus tôt et à améliorer la qualité globale de la conception.
De plus, une interface utilisateur personnalisable représente un atout majeur pour les utilisateurs expérimentés. Ils peuvent ainsi organiser l’espace de travail, les barres d’outils et les panneaux selon leurs préférences et leurs habitudes de travail, optimisant ainsi leur flux de travail et leur efficacité. Certains logiciels de CAO électronique, comme Xilinx ISE (environnement logiciel intégré) pour la conception de FPGA, offrent un certain degré de personnalisation de l’interface. Les ingénieurs peuvent ainsi adapter la disposition du navigateur de projet, de l’éditeur de code source et des fenêtres de simulation à leurs tâches et préférences de conception spécifiques.
Complexité du projet
La complexité du projet de conception de carte de circuit intégré est un autre facteur crucial. Les projets simples, comportant quelques dizaines de composants et des fonctionnalités de base, peuvent être gérés par des logiciels de CAO électronique moins riches en fonctionnalités. Par exemple, pour la conception d’une carte de développement basique à microcontrôleur avec quelques périphériques tels que des LED, des boutons et une interface de communication série, des outils de CAO électronique d’entrée de gamme comme KiCad peuvent suffire. KiCad offre des fonctions de base de saisie de schémas, de conception de routage et quelques capacités de simulation simples, ce qui en fait une option abordable et facile à utiliser pour les projets de petite envergure.
Cependant, pour les projets complexes de grande envergure, tels que la conception d’un système sur puce (SoC) multicœur comportant des millions de transistors et de multiples blocs fonctionnels (CPU, GPU, contrôleurs de mémoire, etc.), un logiciel de CAO électronique haut de gamme est indispensable. Ces outils doivent gérer la complexité de la conception hiérarchique, le traitement de volumes massifs de données et les techniques de vérification avancées. Des outils comme Synopsys Design Compiler et IC Compiler sont conçus pour traiter ces conceptions de circuits intégrés complexes à grande échelle. Ils offrent des fonctionnalités telles que la synthèse hiérarchique, l’optimisation de la conception physique et la vérification formelle, essentielles à la réussite des conceptions de SoC complexes.
Compatibilité
Avec d'autres outils
Dans les flux de travail modernes de conception de circuits intégrés, les logiciels de CAO électronique (EDA) doivent souvent fonctionner de concert avec d’autres outils de conception. La compatibilité avec ces outils, tels que les logiciels de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et de FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur), est essentielle pour un transfert de données fluide et des processus de conception efficaces. Par exemple, lors de la conception d’une carte de circuit imprimé, le logiciel EDA peut avoir besoin d’exporter les données de routage vers un logiciel de FAO pour la fabrication. Si le logiciel EDA n’est pas compatible avec le logiciel de FAO, cela peut entraîner des problèmes de conversion de données, des erreurs de fabrication et des retards dans le projet. EAGLE, un logiciel EDA, présente une excellente compatibilité avec divers logiciels de FAO. Il peut exporter des fichiers Gerber, le format standard pour la fabrication de circuits imprimés, dans un format facilement lisible par la plupart des systèmes de FAO, assurant ainsi une transition fluide entre la phase de conception et la phase de fabrication.
De plus, la compatibilité avec d’autres outils de CAO électronique au sein du même écosystème de conception peut également s’avérer avantageuse. Par exemple, dans un projet de conception de circuits intégrés à grande échelle, différentes équipes peuvent utiliser différents outils de CAO électronique pour différentes phases de la conception : une équipe peut utiliser les outils Synopsys pour la conception frontale et une autre les outils Cadence pour la conception dorsale. Dans ce cas, la capacité de ces outils à échanger des données et à fonctionner ensemble est essentielle. De nombreux fournisseurs d’outils de CAO électronique travaillent actuellement à améliorer l’interopérabilité entre leurs outils, souvent grâce à des formats de données et des interfaces standardisés, afin de permettre une collaboration fluide entre les différentes phases de conception et les différentes équipes.
Avec matériel
La compatibilité du logiciel de CAO avec le matériel est un autre point essentiel. Cela inclut la compatibilité avec le matériel cible sur lequel le circuit intégré conçu sera implémenté, ainsi qu’avec le matériel utilisé pour exécuter le logiciel de CAO lui-même. Par exemple, si vous concevez un circuit intégré pour un FPGA (Field-Programmable Gate Array) spécifique, le logiciel de CAO doit être compatible avec cette famille de FPGA. Xilinx Vivado est spécifiquement conçu pour être compatible avec les FPGA Xilinx. Il fournit des bibliothèques, des outils de synthèse et d’implémentation spécifiques et optimisés pour les FPGA Xilinx, garantissant ainsi la programmation réussie du circuit intégré conçu sur le dispositif cible.
Par ailleurs, le logiciel de CAO électronique doit également être compatible avec le matériel informatique sur lequel il s’exécute. Les outils de CAO électronique haut de gamme, notamment ceux utilisés pour les simulations complexes et les conceptions à grande échelle, nécessitent souvent d’importantes ressources de calcul. Ils doivent être compatibles avec des stations de travail ou des serveurs hautes performances dotés de processeurs multicœurs, d’une grande quantité de mémoire vive et de cartes graphiques puissantes. Par exemple, certains outils de simulation avancés peuvent ne pas fonctionner correctement sur un ordinateur de bureau standard aux ressources limitées, mais fonctionneront de manière optimale sur une station de travail équipée d’un processeur haut de gamme, d’au moins 64 Go de mémoire vive et d’une carte graphique professionnelle.
Coût
Modèle de licence
Les logiciels de CAO électronique proposent différents modèles de licence, chacun ayant ses propres implications financières. L’un des plus courants est la licence par utilisateur. Dans ce modèle, l’éditeur du logiciel facture un montant pour chaque utilisateur. Cette option peut convenir aux petites équipes dont le nombre d’utilisateurs est bien défini. Par exemple, une jeune entreprise de 5 à 10 ingénieurs pourrait trouver avantageuse une licence par utilisateur pour un outil de CAO électronique comme Altium Designer. Le coût par utilisateur peut varier selon les fonctionnalités et la version du logiciel, mais il permet à l’entreprise de maîtriser ses dépenses logicielles en fonction du nombre d’utilisateurs réels.
Un autre modèle est la licence par projet. Avec ce modèle, le prix de la licence est calculé pour chaque projet de conception individuel. Cela peut être avantageux pour les entreprises qui travaillent sur un nombre limité de projets simultanément. Par exemple, une société de services de conception qui prend en charge quelques projets de conception de circuits intégrés à forte valeur ajoutée pourrait privilégier une licence par projet. L’éditeur du logiciel peut facturer un forfait par projet, quel que soit le nombre d’ingénieurs qui y travaillent, ce qui peut s’avérer plus rentable pour les projets impliquant de grandes équipes.
L’abonnement a également gagné en popularité ces dernières années. Dans ce modèle, l’utilisateur paie un forfait récurrent, généralement mensuel ou annuel, pour utiliser le logiciel de CAO. Ce modèle offre plusieurs avantages, comme l’accès aux dernières mises à jour et fonctionnalités sans avoir à investir dans une mise à niveau majeure. Par exemple, certains fournisseurs de logiciels de CAO proposent des licences par abonnement, plus abordables pour les petites et moyennes entreprises (PME) qui n’ont pas forcément le budget nécessaire pour un achat initial important. Ce modèle permet également aux entreprises d’adapter leur utilisation du logiciel à leurs besoins, grâce à la possibilité de résilier ou de renouveler facilement leur abonnement.
Coût total de possession
Lors de l’évaluation du coût d’un logiciel de CAO électronique, il est essentiel de prendre en compte le coût total de possession (CTP), qui inclut non seulement le prix d’achat initial ou les frais de licence, mais aussi les coûts associés. Les frais de maintenance en sont un exemple. Les éditeurs de logiciels de CAO électronique facturent souvent des frais de maintenance, généralement un pourcentage du prix d’achat initial, pour assurer le support technique, la correction des bogues et les mises à jour. Par exemple, un logiciel de CAO électronique haut de gamme peut engendrer des frais de maintenance annuels de 15 à 20 % du prix de la licence. Ceci garantit que le logiciel reste à jour et compatible avec les dernières normes et matériels du secteur.
Il convient également de prendre en compte les coûts de mise à niveau. Avec l’évolution technologique, les éditeurs de logiciels de CAO électronique publient régulièrement de nouvelles versions dotées de fonctionnalités améliorées. La mise à niveau vers une nouvelle version peut engendrer des frais supplémentaires. Par exemple, une mise à niveau majeure d’un outil de CAO électronique peut représenter une part importante du prix de la licence initiale. Il est essentiel de considérer ces coûts de mise à niveau sur le long terme, notamment si l’utilisation du logiciel est prévue pendant plusieurs années.
De plus, la formation de l’équipe d’ingénierie à l’utilisation efficace du logiciel EDA peut engendrer des coûts. Ces coûts peuvent inclure des formations internes, des cours en ligne ou l’envoi d’employés à des programmes de formation proposés par le fournisseur. Par exemple, l’acquisition d’un nouvel outil EDA complexe peut nécessiter un investissement dans la formation de ses ingénieurs, ce qui augmente le coût global d’utilisation du logiciel. Tous ces facteurs – frais de licence, coûts de maintenance, coûts de mise à niveau et coûts de formation – doivent être pris en compte pour calculer le coût total de possession d’un logiciel EDA, afin de prendre une décision éclairée, en adéquation avec le budget du projet et ses exigences à long terme.
Logiciels EDA populaires sur le marché
Cadence
Cadence est un acteur majeur du secteur des logiciels de CAO électronique, offrant une suite complète d’outils répondant à un large éventail d’exigences en matière de conception de circuits intégrés. L’un de ses principaux atouts réside dans son expertise en conception et vérification de circuits analogiques et numériques.
Dans le domaine de la conception de circuits intégrés analogiques et mixtes, les outils Cadence sont très réputés. Par exemple, sa suite logicielle Virtuoso ADE offre un environnement complet pour la conception de circuits analogiques. Les ingénieurs peuvent créer des modèles de composants personnalisés, effectuer des simulations approfondies et ajuster les paramètres avec précision. Ceci est essentiel pour des applications telles que la conception d’amplificateurs hautes performances pour équipements audio ou de convertisseurs analogique-numérique (CAN) de précision pour systèmes d’acquisition de données. Les capacités de simulation avancées de la suite permettent de modéliser avec précision le comportement des composants analogiques dans diverses conditions de fonctionnement, garantissant ainsi que la conception finale réponde aux exigences rigoureuses des applications concrètes.
En matière de conception de circuits intégrés numériques, Cadence propose des outils comme Genus Synthesis Solution. Cet outil, dédié à la synthèse logique, joue un rôle essentiel dans l’optimisation de la consommation, des performances et de la surface (PPA) des circuits numériques. Il utilise des algorithmes sophistiqués pour transformer les descriptions de haut niveau des circuits numériques en netlists optimisées au niveau des portes logiques. Par exemple, lors de la conception d’un microprocesseur haute vitesse, Genus peut optimiser le circuit afin d’atteindre une vitesse de traitement maximale tout en minimisant la consommation d’énergie et la surface de la puce, deux facteurs critiques dans la conception moderne de circuits intégrés numériques.
Le simulateur de circuits Spectre de Cadence est un autre produit phare. Reconnu pour sa précision de niveau SPICE en simulation de circuits, il constitue un outil indispensable pour les applications RF (radiofréquences) et autres applications hautes performances. Qu’il s’agisse de concevoir une puce de communication 5G ou un émetteur-récepteur radar haute fréquence, Spectre simule avec précision le comportement des circuits RF, en tenant compte de facteurs tels que l’atténuation du signal, l’adaptation d’impédance et les interférences électromagnétiques.
Synopsys
Synopsys s’est fermement imposée comme un leader dans le domaine de la conception numérique, avec une suite d’outils qui font office de standards industriels dans de nombreux aspects du processus de conception de circuits intégrés.
Dans le domaine de la synthèse logique, Synopsys Design Compiler est une référence. Outil incontournable des ingénieurs depuis des décennies, il est pris en charge par plus de 60 fabricants de semi-conducteurs et plus de 380 bibliothèques de processus. Design Compiler permet aux concepteurs de circuits intégrés de traduire les descriptions RTL (Register Transfer Level) en circuits optimisés au niveau des portes logiques. Il prend en compte diverses contraintes de conception telles que le timing, la consommation et la surface, et utilise un large éventail de techniques d’optimisation, comme la restructuration logique, le partage des ressources et le dimensionnement des portes, afin d’obtenir la meilleure conception possible. Par exemple, lors de la conception d’un système sur puce (SoC) complexe comportant plusieurs blocs fonctionnels, Design Compiler peut synthétiser efficacement la logique numérique de chaque bloc, garantissant ainsi que le SoC global atteigne ses objectifs de performance.
Les outils de vérification de l’entreprise sont également très réputés. VCS (Verilog Compiled Simulator) est un moteur de simulation haute performance compatible avec plusieurs langages de description matérielle, notamment Verilog, SystemVerilog et VHDL. Il gère aisément les conceptions à grande échelle, ce qui le rend idéal pour la vérification de circuits intégrés complexes tels que les microprocesseurs avancés et les FPGA haut de gamme. VCS offre des fonctionnalités telles qu’une vitesse de simulation élevée, une génération de formes d’onde de haute précision et des capacités de débogage avancées, essentielles pour garantir le bon fonctionnement du circuit intégré conçu.
Dans le domaine de la conception physique, Synopsys IC Compiler II est un outil de pointe. Il assure l’agencement et le routage des circuits numériques sur la puce. IC Compiler II utilise des algorithmes avancés pour optimiser le placement des composants et le routage des interconnexions. Il relève les défis complexes de la conception de circuits intégrés modernes, tels que les agencements haute densité, les domaines multi-tensions et les réseaux de distribution d’énergie complexes. Par exemple, lors de la conception d’un processeur graphique (GPU) haute performance, IC Compiler II garantit que les milliards de transistors et leurs connexions sont agencés de manière à maximiser les performances et à minimiser le délai de propagation du signal.
Mentor Graphics (Siemens)
Depuis son acquisition par Siemens, Mentor Graphics a continué d’évoluer et d’étendre sa présence sur le marché de l’EDA, ses outils trouvant une application très répandue dans la conception de circuits imprimés et de circuits intégrés.
Dans le domaine de la conception de circuits imprimés, le logiciel PADS de Mentor Graphics est une référence. Il offre un ensemble complet de fonctionnalités pour la conception et l’agencement des circuits imprimés. PADS permet aux ingénieurs de créer des schémas détaillés, de gérer le placement des composants et de router les pistes facilement. Il fournit également des fonctionnalités avancées pour l’analyse de l’intégrité du signal, essentielle pour les conceptions de circuits imprimés haute vitesse. Par exemple, lors de la conception d’une carte mère haute vitesse pour serveur, PADS peut analyser et optimiser les chemins de signal afin de garantir une transmission de données à haut débit sans dégradation significative du signal.
Dans le domaine de la conception de circuits intégrés, Mentor Graphics propose des outils comme Calibre. Calibre est un puissant outil de vérification physique qui joue un rôle crucial pour garantir la fabricabilité des circuits intégrés. Il permet d’effectuer des vérifications de règles de conception (DRC), des vérifications de conformité entre le schéma et l’implantation (LVS) et l’extraction des éléments parasites. Ces fonctions sont essentielles pour détecter et corriger les défauts de conception susceptibles d’entraîner des défaillances de fabrication. Par exemple, Calibre peut vérifier si l’implantation du circuit intégré respecte les règles de fabrication strictes d’une fonderie de semi-conducteurs donnée et s’il existe des courts-circuits ou des circuits ouverts.
Mentor Graphics propose également des outils pour la conception de circuits intégrés analogiques et mixtes, tels qu’Eldo. Eldo est un simulateur de circuits qui assure une simulation précise des circuits analogiques et mixtes. Il prend en charge les conceptions analogiques complexes, y compris celles comportant plusieurs domaines de tension et des composants haute fréquence, ce qui le rend adapté à des applications telles que les circuits intégrés de gestion de l’alimentation et les interfaces de communication haut débit.
Autres logiciels notables
- KiCad
KiCad est un logiciel de CAO électronique libre qui a gagné en popularité, notamment auprès des amateurs, des étudiants et des petites équipes de conception. Il offre un ensemble d’outils basiques mais complets pour la conception de cartes de circuits intégrés. KiCad permet de créer des schémas, de concevoir des routages de circuits imprimés et d’effectuer des simulations simples. Son interface conviviale et son faible coût (grâce à son logiciel libre) sont parmi ses principaux atouts. Par exemple, un amateur souhaitant concevoir un projet simple à base de microcontrôleur, comme une station météo artisanale, peut utiliser KiCad pour concevoir rapidement le schéma du circuit et réaliser le routage du circuit imprimé, sans avoir à investir dans un logiciel de CAO électronique commercial coûteux.
- Concepteur Altium
Altium Designer est reconnu pour sa simplicité d’utilisation et sa capacité à gérer une large gamme de projets de conception, des plus simples aux plus complexes. Il offre un environnement de conception unifié permettant aux utilisateurs de passer facilement de la saisie de schémas à la modélisation 3D, en passant par le routage des circuits imprimés. Ce logiciel est plébiscité par les petites et moyennes entreprises (PME) et les jeunes pousses spécialisées dans la conception. Par exemple, une jeune pousse développant un nouveau produit électronique grand public, comme un lecteur audio portable, peut utiliser Altium Designer pour concevoir l’intégralité du circuit imprimé, visualiser l’agencement des composants en 3D et s’assurer de la faisabilité de la fabrication.
- Xilinx ISE (environnement logiciel intégré) et Vivado
Il s’agit d’outils de CAO électronique spécifiquement conçus pour la conception de FPGA (Field-Programmable Gate Array) Xilinx. Xilinx ISE est un outil de référence dans le domaine de la conception de FPGA, offrant une suite de fonctionnalités pour la synthèse, l’implémentation et le débogage. Vivado, quant à lui, est la suite de conception nouvelle génération de Xilinx. Il propose des fonctionnalités avancées telles que la synthèse de haut niveau (HLS), permettant aux ingénieurs de décrire les conceptions de FPGA de manière plus abstraite, en utilisant des langages comme C, C++ et SystemC. Ces outils sont indispensables aux ingénieurs travaillant sur des projets impliquant des FPGA Xilinx, comme le développement d’accélérateurs matériels personnalisés pour les applications de centres de données ou la mise en œuvre de systèmes de contrôle en temps réel utilisant des FPGA.
Prendre la décision
Études de cas
- Cas 1 : Conception de circuits intégrés numériques haute vitesse pour une application réseau
Une entreprise a été chargée de concevoir un circuit intégré numérique haute vitesse pour un commutateur réseau de centre de données de nouvelle génération. Le projet nécessitait la gestion de débits de données allant jusqu’à 100 Gbit/s. L’équipe de conception a initialement examiné plusieurs logiciels de CAO électronique. Elle a évalué les fonctionnalités de chaque logiciel, en se concentrant sur ses capacités d’analyse d’intégrité du signal haute vitesse.
Cadence Allegro a été choisi pour ses fonctionnalités avancées dans ce domaine. Il permet de simuler avec précision le comportement des signaux à haut débit, en tenant compte de facteurs tels que l’atténuation du signal, la diaphonie et l’adaptation d’impédance. Lors de la conception, les outils de simulation d’Allegro ont aidé l’équipe à identifier et à corriger rapidement les problèmes potentiels d’intégrité du signal. Grâce à cela, la conception a été finalisée dans les délais impartis et le circuit intégré final répondait à toutes les exigences de performance. Le transfert de données à haut débit était stable, avec des erreurs de signal minimales, ce qui était essentiel au bon fonctionnement du commutateur réseau.
- Cas 2 : Conception de circuits intégrés analogiques pour une application de gestion de l’alimentation
Une start-up développait un circuit intégré de gestion de l’énergie pour une nouvelle gamme d’électronique portable. La conception exigeait un contrôle précis de la consommation d’énergie, de la régulation de tension et un fonctionnement à faible bruit. L’entreprise a évalué différents logiciels de CAO électronique en fonction de ses capacités de conception analogique.
Le logiciel Mentor Graphics Eldo a été choisi pour ses excellentes fonctionnalités de simulation analogique. Il permet de modéliser avec précision le comportement de composants analogiques tels que les transistors, les condensateurs et les inductances. Grâce à Eldo, l’équipe de conception a pu réaliser des simulations approfondies du circuit de gestion de l’alimentation sous différentes conditions de charge. Ceci leur a permis d’optimiser le circuit pour une efficacité et une stabilité maximales. Le circuit intégré de gestion de l’alimentation ainsi obtenu présentait un rendement de conversion de puissance élevé, une faible ondulation de la tension de sortie et répondait aux exigences strictes en matière de bruit des applications électroniques portables. La start-up a ainsi pu commercialiser rapidement son produit et acquérir un avantage concurrentiel sur le marché de l’électronique portable.
Conseils pour l'évaluation
- Demander un essai
La plupart des éditeurs de logiciels de CAO électronique proposent des versions d’essai. Profitez-en pour vous familiariser avec le logiciel. Pendant la période d’essai, effectuez des tâches de conception typiques de votre projet. Par exemple, si vous concevez un circuit intégré complexe avec plusieurs blocs hiérarchiques, utilisez la version d’essai pour créer un prototype à petite échelle. Testez les fonctionnalités de saisie de schémas, de conception de circuits intégrés et de simulation. Vous pourrez ainsi évaluer concrètement l’adéquation du logiciel à vos besoins et sa facilité d’utilisation.
- Lire les avis et témoignages des utilisateurs
Les plateformes en ligne, les forums spécialisés et les sites d’avis sont d’excellentes sources d’information. Consultez les avis d’autres concepteurs de circuits intégrés ayant utilisé le logiciel de CAO électronique que vous envisagez. Privilégiez les avis pertinents pour votre type de projet. Par exemple, si vous travaillez sur une conception basée sur un FPGA, recherchez des avis d’ingénieurs ayant utilisé le logiciel pour des projets FPGA. Prenez en compte les points positifs comme les points négatifs mentionnés dans les avis. Les témoignages d’utilisateurs peuvent vous éclairer sur les performances réelles du logiciel, les problèmes rencontrés lors de la conception et la réactivité du support technique du fournisseur.
- Consultez des experts
N’hésitez pas à contacter des concepteurs de circuits intégrés expérimentés, des experts du secteur ou votre réseau professionnel. Ils pourront vous prodiguer de précieux conseils, fruits de leur propre expérience. Vous pouvez leur demander quels sont leurs logiciels de CAO préférés pour différents types de projets, les logiciels qu’ils déconseillent et des astuces pour tirer le meilleur parti d’un outil de CAO particulier. Par exemple, participer à des conférences sectorielles ou rejoindre des communautés en ligne dédiées à la conception de circuits intégrés vous permettra d’échanger avec des experts. Vous pouvez également rejoindre des groupes LinkedIn ou des communautés Reddit spécialisés dans la conception de circuits intégrés, où vous pourrez poser vos questions et obtenir des réponses de nombreux professionnels.
Conclusion
En conclusion, le choix du logiciel de CAO électronique adapté à votre projet de conception de circuits intégrés est une décision qui exige une analyse approfondie de plusieurs facteurs. Les fonctionnalités du logiciel doivent correspondre aux besoins spécifiques de votre projet, qu’il s’agisse d’une conception numérique haute vitesse, d’un projet à forte composante analogique ou d’une conception SoC complexe. La facilité d’utilisation, notamment une prise en main rapide et une interface utilisateur intuitive, peut avoir un impact significatif sur l’efficacité de votre processus de conception, en particulier pour les équipes aux niveaux d’expérience variés.
La compatibilité avec les autres outils de votre écosystème de conception et le matériel sur lequel le logiciel s’exécute est essentielle pour un transfert de données fluide et la réussite globale du projet. Le coût est également un facteur important ; il est donc essentiel d’évaluer non seulement le modèle de licence, mais aussi le coût total de possession, incluant la maintenance, les mises à jour et la formation.
