Conception assistée par ordinateur pour l'électronique

La CAO électronique, appelée aussi en anglais EDA pour Electronic design automation, est la catégorie des outils permettant de la conception et la production des dispositifs électroniques allant des circuits imprimés jusqu'aux circuits intégrés.



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CAO - Conception électronique - Électronique

La CAO électronique (pour Conception assistée par ordinateur électronique), appelée aussi en anglais EDA pour Electronic design automation, est la catégorie des outils permettant de la conception et la production des dispositifs électroniques allant des circuits imprimés jusqu'aux circuits intégrés.

Terminologie

Le terme CAO est aussi utilisé pour désigner la CAO mécanique, la conception assistée par ordinateur et la fabrication assistée par ordinateur en électronique et en électrotechnique. L'usage de ce terme est certainement dû au comité de conception à l'automatisation technique de l'IEEE.

Dans le secteur industriel, ce sont les concepteurs de circuits électroniques des entreprises de semi-conducteurs qui utilisent la CAO. Les grands circuits sont trop complexes pour être conçus à la main et nécessitent des outils informatiques corrects.

Développement de la CAO

La CAO a rapidement gagné en importance avec la miniaturisation continuelle de la technologie des semi-conducteurs selon la loi de Moore.

Les ingénieurs des fonderies réalisent et testent des circuits sur ordinateur avant de lancer la fabrication. Les compagnies service-concept utilisent aussi les logiciels de CAO pour évaluer de nouveaux concepts et les préparer pour la fabrication. Les outils de CAO sont aussi utilisés pour synthétiser et implémenter des fonctions dans les FPGAs.

Histoire

Avant la CAO, les circuits intégrés étaient conçus et fabriqués à la main. Quelques magasins avancés employaient un logiciel géométrique pour créer les pistes avec le photoplotter Gerber. Le procédé était principalement graphique, avec un passage du schéma électronique vers un calque pour la machine d'insolation aux UV. La meilleure entreprise connue à cette époque était Calma. Son format GDSII (Graphic Data System II) est toujours utilisé aujourd'hui.

Vers la moitié des années 1970, des développeurs commencèrent à automatiser la conception via des outils de pointage et de routage qui innovaient comparé aux logiciels de dessin. Les concepts utilisés à cette époque sont en bonne partie issus de la Design Automation Conference (une réunion technique et commerciale des spécialistes du domaine).

L'étape suivante dans la CAO électronique débuta avec la publication du livre «Introduction au dispositif VLSI» rédigé par Carver Mead et Lynn Conway en 1980. Ce texte révolutionnaire préconisait la conception de circuits avec des langages de programmation. Le code source d'un schéma était ensuite transformé pour obtenir la version matérielle du circuit. Cette nouvelle approche permettait de réaliser des circuits 100x plus complexes qu'jusque là. Qui plus est , des innovations dans les méthodes de vérification et de simulation facilitaient beaucoup le travail des concepteurs. La réalisation des circuits n'était pas uniquement plus aisée mais également plus sûre et moins onéreuse car il était désormais envisageable de simuler le comportement de l'électronique sur un ordinateur avant de passer à la fabrication.

Les premiers outils de CAO furent développés dans le milieu académique et distribués dans le domaine public. L'un des plus célèbres était le «Berkeley VLSI Tools Tarball», un ensemble d'utilitaires UNIX employés pour réaliser les premiers VLSI. Un autre développement important fut la création du MOSIS, un consortium d'universités et de fabricants qui mirent en place une méthodologie efficace pour former les futurs concepteurs de circuits électroniques. Les étudiants utilisaient des technologies économiques mais éprouvées pour réaliser des circuits. Les circuits issus de plusieurs projets étaient ensuite rassemblés sur quelques wafers (tranches de silicium) de la chaîne de production du fabricant, le reste des wafers étant généralement le même circuit produit par le fabricant à une échelle industrielle. Ce programme était utile à la fois pour le MOSIS qui pouvait continuer ses activités avec des coûts limités, et les fabricants qui pouvaient développer leur activité à long terme en profitant des compétences mais aussi du réseau constitué par MOSIS.

En 1981, la CAO devient progressivement une activité industrielle. Pendant plusieurs années, les plus grandes entreprises d'électronique, telles que Hewlett Packard, Tektronix, et Intel, ont développé leur propre CAO. En 1981, des gérants et des développeurs ont quitté ces entreprises pour développeur des suites logicielles spécialisées dans ce domaine. Daisy Systems, Mentor Graphics, et Valid Logic Systems furent toutes fondés à ce moment, et sont regroupées sous le terme de DMV. D'autres entreprises se lancèrent dans ce marché, avec des apports multiples et des spécialisations.

En 1985, Verilog, un concept de langage de haut niveau, fut le premier langage de description matériel. Il fut développé par Gateway. En 1987, le département de la Défense des États-Unis finança la création du VHDL, un langage de spécification des circuits. Les outils utilisèrent rapidement ce langage pour permettre une simulation directe de la logique du circuit. Plus tard, d'autres extensions furent réalisées pour permettre la synthèse des circuits. La majorité des principales entreprises sont plutôt des amalgames de petites compagnies. Cette tendance est augmentée par la production par les petites compagnies d'outils de conception qui s'intègrent naturellement dans une suite logicielle composée d'une large gamme d'outils ("Tool Flow")

Tandis que les premiers outils étaient destinés aux circuits numériques, les outils plus récents permettent de travailler sur des circuits analogiques ou hybrides. La tendance qui consiste à insérer l'électronique numérique et analogique sur la même puce oblige les concepteurs à disposer d'outils supportant ces deux modes de fonctionnement.

Les suites d'outils pour les circuits numériques sont particulièrement modulaires. À partir du code source du circuit, une première synthèse sert à convertir le circuit en une suite de modules logiques (en général indépendants du matériel cible). Ces modules sont ensuite transformés et adaptés selon le matériel cible en tenant compte de plusieurs contraintes : nombre de portes et unités logiques à disposition, fréquence du circuit, mémoire disponible, etc. Les fabricants fournissent généralement des bibliothèques de leurs composants pour favoriser la simulation. Ces bibliothèques sont fréquemment compatibles avec les principaux outils utilisés dans l'industrie. Amb&LN.

La conception de circuits analogiques est moins modulaire. Les contraintes sont plus grandes et la simulation plus complexe : interactions entre les composants plus grandes, phénomènes physiques complexes, imperfections.

Étapes de production

La CAO est divisée en plusieurs sous-étapes. Elles s'alignent la majorité du temps avec le processus de fabrication du concept pour masquer la création. Ce qui suit s'applique à la création de circuit/ASIC/FPGA mais cette méthodologie est comparable à celle appliquée pour les circuits conventionnels :

Les plus grandes entreprises de CAO électronique

Entreprise Localisation Capitalisation (09/2009)
Synopsys 3230 millions
Cadence Design Systems San Jose, Californie 1890 millions
Wilsonville, Oregon 919 millions
Yokohama, Japon 187 millions
Santa Clara, Californie 75 millions
Altium Ltd. Sydney, Australie

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Référence

Voir aussi

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"et Services en CAO"

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