قاعدة بيانات EDA

الموسوعة الحرة

قاعدة بيانات EDA هي قاعدة بيانات متخصصة لأغراض أتمتة تصميم الإلكترونيات . وتُعدّ قواعد البيانات الخاصة بهذه التطبيقات ضرورية لأن قواعد البيانات العامة لم تكن توفر الأداء الكافي لتطبيقات EDA في السابق.

عند دراسة قواعد بيانات تصميم EDA، من المفيد النظر إلى بنية أداة EDA لتحديد الأجزاء التي تُعتبر جزءًا من قاعدة بيانات التصميم، والأجزاء التي تُمثل مستويات التطبيق. بالإضافة إلى قاعدة البيانات نفسها، هناك العديد من المكونات الأخرى اللازمة لتطبيق EDA فعال. يرتبط بقاعدة البيانات نظام لغة واحد أو أكثر (والتي، على الرغم من أنها ليست جزءًا مباشرًا من قاعدة البيانات، إلا أنها تُستخدم من قِبل تطبيقات EDA مثل الخلايا المُعَلمة والبرامج النصية للمستخدم). تُبنى فوق قاعدة البيانات المحركات الخوارزمية داخل الأداة (مثل محركات التوقيت ، والتحديد ، والتوجيه ، أو المحاكاة )، ويمثل المستوى الأعلى التطبيقات المبنية من هذه الوحدات المكونة، مثل تخطيط الدوائر . يشمل نطاق قاعدة بيانات التصميم التصميم الفعلي، ومعلومات المكتبة، ومعلومات التقنية، ومجموعة المترجمات من وإلى تنسيقات خارجية مثل Verilog و GDSII .

قواعد بيانات تصميم ناضجة

توجد العديد من قواعد بيانات التصميم المتطورة في صناعة أتمتة تصميم الإلكترونيات (EDA)، سواءً كأساس لأدوات EDA التجارية أو أدوات EDA الخاصة التي طورتها فرق التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) في كبرى شركات الإلكترونيات. وقد طورت شركات مثل IBM ، وهيوليت-باكارد ، وSDA Systems، وECAD (التي تُعرف الآن باسم Cadence Design Systems )، وHigh Level Design Systems، وغيرها الكثير، قواعد بيانات خاصة بأتمتة تصميم الإلكترونيات على مدار العشرين عامًا الماضية، ولا تزال هذه القواعد تُشكل أساس أنظمة تصميم الدوائر المتكاملة حتى اليوم. وقد استلهمت العديد من هذه الأنظمة أفكارها من الأبحاث الجامعية ونجحت في تحويلها إلى منتجات. وتطورت معظم قواعد بيانات التصميم المتطورة إلى درجة تمكنها من تمثيل بيانات قائمة الشبكة، وبيانات التخطيط، والروابط بينهما. وهي ذات بنية هرمية تسمح بإعادة الاستخدام وتصميمات أصغر حجمًا. كما تدعم أنماط التخطيط من الرقمي إلى التناظري البحت، بالإضافة إلى العديد من أنماط تصميم الإشارات المختلطة.

قواعد بيانات التصميم الحالية

قاعدة بيانات التصميم المفتوحة الوصول

نظراً لأهمية قاعدة بيانات تصميم موحدة في صناعة أدوات التصميم الإلكتروني (EDA)، تم تشكيل تحالف الوصول المفتوح (OpenAccess Coalition) لتطوير ونشر ودعم قاعدة بيانات تصميم مفتوحة المصدر لأدوات التصميم الإلكتروني مع تحكم مشترك. يوفر نموذج البيانات المُقدم في قاعدة بيانات الوصول المفتوح نموذجاً موحداً يمتد حالياً من مستوى RTL الهيكلي إلى بيانات القناع على مستوى GDSII ، وصولاً إلى بيانات القناع والرقاقة. ويوفر هذا النموذج إمكانيات غنية لدعم بيانات التصميم الرقمية والتناظرية والمختلطة. كما يوفر بيانات تقنية قادرة على التعبير عن قواعد تصميم عمليات التصنيع حتى 20  نانومتر على الأقل، ويتضمن تعريفات الطبقات والأغراض المستخدمة في التصميم، وتعريفات نقاط التوصيل بين الوصلات (VIAs) وقواعد التوجيه، وتعريفات نقاط التشغيل المستخدمة في التحليل، وغير ذلك. تستخدم قاعدة بيانات الوصول المفتوح على نطاق واسع تقنيات ضغط البيانات الخاصة بالدوائر المتكاملة لتقليل حجم الذاكرة المستخدمة ، ومعالجة مشاكل الحجم والسعة والأداء في قواعد البيانات السابقة. وعلى عكس ما قد يوحي به اسمها، لا يوجد تطبيق أو مواصفات متاحة للعامة لهذا التنسيق، فهي حصرية لأعضاء تحالف الوصول المفتوح.

سينوبسيس ميلكي واي

تم تطوير قاعدة بيانات درب التبانة في الأصل بواسطة شركة أفانتي، التي استحوذت عليها لاحقًا شركة سينوبسيس . وقد تم إصدارها لأول مرة في عام 1997. وتُعد درب التبانة قاعدة البيانات الأساسية لمعظم أدوات التصميم المادي لشركة سينوبسيس.

يخزن برنامج Milkyway بيانات طوبولوجية وطفيلية وبيانات توقيت. وبفضل استخدامه في تصميم آلاف الرقاقات، يتميز Milkyway بثباته العالي وجدارته بالاستخدام في الإنتاج. من المعروف أن Milkyway مكتوب بلغة C. ولا تتوفر تفاصيل تنفيذه الداخلي خارج شركة Synopsys، لذا لا يمكن التعليق على آلية التنفيذ.

واجهة برمجة تطبيقات MDX C

بناءً على طلب عملاء كبار مثل شركة تكساس إنسترومنتس ، أصدرت شركة أفانتي واجهة برمجة التطبيقات MDX C-API في عام 1998. وهذا يمكّن مطوري برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) لدى العملاء من إنشاء مكونات إضافية تضيف وظائف مخصصة إلى أدوات ميلكي واي (وخاصة Astro).

تتيح MDX الوصول الكامل إلى حد ما إلى البيانات الطوبولوجية في درب التبانة، ولكنها لا تدعم بيانات التوقيت أو البيانات الطفيلية RC.

برنامج MAP-in

في أوائل عام 2003، أتاحت شركة Synopsys (التي استحوذت على Avanti) منصة Milkyway من خلال برنامج Milkyway Access Program (MAP-In) . يمكن لأي شركة متخصصة في تصميم الدوائر الإلكترونية (EDA) الانضمام إلى MAP-In مجانًا (مع العلم أن عملاء Synopsys ملزمون باستخدام لغة MDX). يُوفر للأعضاء إمكانية ربط برامجهم بمنصة Milkyway باستخدام لغات C أو Tcl أو Scheme . تم إيقاف دعم واجهة Scheme لصالح TCL، بينما يدعم برنامج IC Compiler لغة TCL فقط.

تُمكّن واجهة برمجة التطبيقات MAP-in C التطبيقات غير التابعة لشركة Synopsys من قراءة وكتابة قواعد بيانات Milkyway. على عكس MDX، لا تسمح MAP-in بإنشاء إضافة يمكن استخدامها من داخل أدوات Synopsys Milkyway. كما لا تدعم MAP-in الوصول إلى بيانات التوقيت أو البيانات الطفيلية RC. بالإضافة إلى ذلك، تفتقر MAP-in إلى الدعم المباشر لبعض الأشكال الهندسية.

يتضمن برنامج MAP-in بيئة تطوير Milkyway (MDE). وMDE هو تطبيق بواجهة رسومية يُستخدم لتطوير واجهات TCL وScheme وتشخيص المشكلات. وتشمل ميزاته الرئيسية ما يلي:

  • محرر رسومي لعرض وتحرير قواعد بيانات درب التبانة
  • مترجم أوامر TCL
  • مترجم أوامر Scheme
  • برامج ترجمة لقراءة وكتابة التنسيقات الشائعة مثل Verilog و LEF/DEF وGDSII

فالكون من مينتور

تُعدّ قاعدة بيانات Falcon من شركة Mentor Graphics قاعدة بيانات تصميم مهمة أخرى . وكانت هذه القاعدة من أوائل قواعد البيانات في هذا المجال التي كُتبت بلغة C++. وكما هو الحال مع Milkyway لشركة Synopsys، تبدو Falcon منصة مستقرة وناضجة لمنتجات الدوائر المتكاملة من Mentor. مع ذلك، فإنّ تطبيقها غير متاح للعموم، لذا لا يُمكننا تقديم الكثير من المعلومات حول ميزاتها أو أدائها مقارنةً بمعايير الصناعة الأخرى.

قاعدة بيانات ماجما

قاعدة بيانات Magma Design Automation ليست مجرد تنسيق قرص مزود بواجهة برمجة تطبيقات، بل هي نظام متكامل مبني حول قاعدة البيانات هذه كبنية بيانات مركزية. ونظرًا لعدم توفر تفاصيل النظام للعموم، لا يمكن إجراء مقارنة مباشرة للميزات أو الأداء. تشير إمكانيات أدوات Magma إلى أن قاعدة البيانات هذه تتمتع بوظائف مشابهة لـ OpenAccess، وقد تكون قادرة على تمثيل معلومات سلوكية (مدخلات التركيب).

أهم ميزات قاعدة بيانات خاصة بتحليل البيانات الاستكشافي

من المتوقع أن توفر قاعدة بيانات خاصة بتحليل البيانات الاستكشافي العديد من البنى والخدمات الأساسية. فيما يلي قائمة مختصرة وغير شاملة لما هو مطلوب:

  • الميزات الأساسية
    • التصميم (أو الخلية) كوحدة أساسية
    • الأشكال والهندسة الفيزيائية
    • تَسَلسُل
    • الاتصال والاتصال الهرمي
  • البنى العامة
    • نماذج واجهة برمجة التطبيقات
    • طبقة المرافق
  • ميزة متقدمة
    • التصاميم ذات المعلمات
    • مساحات الأسماء وتعيين الأسماء
    • هياكل التخطيط والتوجيه
    • التوقيت والبنى الطفيلية
    • نماذج الحدوث والتخطيط المنطقي/المادي
    • واجهة إدارة التكوين
    • قابلية التوسعة
  • بيانات التكنولوجيا
    • تعريفات الطبقات
    • قواعد التصميم
    • قواعد التوليد والاستخراج للأجهزة البسيطة
  • بيانات وهياكل المكتبة: تصميم وإدارة البيانات
    • تنظيم المكتبة: من التصاميم إلى ملفات القرص
    • إدارة بيانات التصميم
  • نماذج قابلية التشغيل البيني

مراجع

  • دليل أتمتة التصميم الإلكتروني للدوائر المتكاملة ، من تأليف لافاجنو ومارتن وشيفر، رقم ISBN 0-8493-3096-3دراسة استقصائية للمجال. هذه المقالة مستمدة (بإذن) من المجلد الثاني، الفصل الثاني عشر، قواعد بيانات التصميم ، للمؤلف مارك بيلز.