Ba xu hướng định hình tương lai ngành tự động hóa thiết kế điện tử

Để làm rõ về những xu hướng định hình tương lai ngành tự động hóa thiết kế điện tử, Tạp chí Điện tử và Ứng dụng xin giới thiệu bài viết của tác giả Niels Faché, Phó Chủ tịch & Tổng Giám đốc, Các Giải pháp phần mềm PathWave | Keysight Technologies.

Niels Faché, Phó Chủ tịch & Tổng Giám đốc, Các Giải pháp phần mềm PathWave | Keysight Technologies.

Xu hướng: Quá trình thiết kế các sản phẩm điện tử đang chuyển dần sang định hướng đặc thù theo miền. Thiết kế đặc thù theo miền sẽ tác động như thế nào đến các nhà phát triển công cụ và người dùng EDA?

A: Các nhà phát triển sản phẩm không thể chỉ tính toán đến các chỉ tiêu kỹ thuật truyền thống khi phát triển các sản phẩm chip hay bảng mạch. Họ còn phải lưu ý tới bối cảnh tích hợp và sử dụng sản phẩm.

Các nhóm phát triển sản phẩm cần lưu ý tới bối cảnh trong quá trình phát triển sản phẩm vì các nguyên nhân sau: sự phức tạp ngày càng cao của sản phẩm, yêu cầu cân đối giữa hiệu năng cao và chi phí cũng như vòng đời phát triển sản phẩm ngắn hơn.

Để xử lý các vấn đề này, các nhà cung cấp và người sử dụng EDA đang thấy rõ sự cộng tác ngày càng chặt chẽ trong hệ sinh thái từ các nhà phát triển linh kiện (chẳng hạn RFIC), các nhà phát triển hệ thống phụ (chẳng hạn radar) và các nhà phát triển hệ thống (chẳng hạn hệ thống tự lái) để cùng nhau giải quyết các thách thức về tích hợp và tối ưu hoá hiệu năng.

Thiết kế theo bối cảnh làm nảy sinh một số thách thức và cơ hội cho các nhà cung cấp công cụ EDA, chẳng hạn:

• Tạo ra luồng quy trình công việc cộng tác, bao gồm quản lý quy trình, dữ liệu và sở hữu trí tuệ (IP) tốt hơn xuyên suốt các giai đoạn thiết kế và kiểm thử, cho phép nhiều chuyên gia cùng hợp tác hiệu quả với hiệu suất cao.
• Sử dụng Thiết kế hệ thống theo mô hình (MBSE) với các cấp độ chính xác khác nhau của mô hình, từ cấp độ hệ thống, cấp độ thiết kế phân cấp và các cấp độ khác, tuỳ theo loại hình mô phỏng (mạch, hệ thống hay mạng).
• Cải thiện mô hình, bao gồm các mô hình xây dựng trên cơ sở kết quả đo, giúp tăng độ chính xác của các phép mô phỏng. Mô phỏng chính xác ngay từ những giai đoạn đầu của quá trình thiết kế, tạo điều kiện để các nhóm phát triển giảm thiểu rủi ro xác nhận hợp chuẩn và xác minh, cũng như giảm bớt yêu cầu chế tạo lặp lại sản phẩm nguyên mẫu giá thành cao.
• Số lượng phép mô phỏng ngày càng nhiều nhờ tính toán hiệu năng cao (HPC) và tính toán song song trên đám mây.
• Cung cấp khung khổ xác nhận hợp chuẩn chính thức trong các môi trường mô phỏng để phê duyệt tính tương thích của các linh kiện trong bối cảnh thiết kế cần thiết.

Thiết kế theo bối cảnh này yêu cầu sự hợp tác chặt chẽ giữa các doanh nghiệp EDA với khả năng tương tác cao giữa EDA, thiết kế với hỗ trợ máy tính (CAD), cơ khí với hỗ trợ máy tính (CAE) cùng các công cụ thử nghiệm. Đồng thời, nó còn cần có sự tích hợp tốt hơn giữa các công cụ EDA với các hệ thống quản lý vòng đời sản phẩm (PLM) và đầu tư nhiều hơn cho quy trình mô phỏng, đo kiểm cũng như quản lý dữ liệu để nâng cao năng suất.

Ba xu hướng định hình tương lai ngành tự động hóa thiết kế điện tử. Ảnh:Keysight

Xu hướng: Ngày nay, sản phẩm chip được sử dụng rộng rãi hơn trong tất cả các loại sản phẩm và ngành bán dẫn, phục vụ ngày càng nhiều phân khúc khách hàng. Điều này ảnh hưởng như thế nào tới ngành EDA?

A: Nhu cầu về chip hiện đang vượt khả năng cung cấp, và đại dịch chỉ khiến cho tình hình xấu đi. Trong chuyến công tác mới đây tới Châu Âu, các khách hàng thiết kế và sản xuất chip của Keysight xác nhận rằng cầu hiện đang vượt cung tới 30%. Một số nhà máy sản xuất chip đã nhận đơn đặt trước sản phẩm cho 2 năm tới. Tuy nhiên, các công ty đang bổ sung thêm công suất sản xuất trong 18 đến 24 tháng tới, nhờ đó cung cầu có thể được tái cân bằng.

Ngành bán dẫn là một ngành công nghiệp có tính tuần hoàn, luôn luôn tồn tại các chu kỳ cầu trong quá trình sản xuất có thể tạo ra hiệu ứng hạ nguồn lên cộng đồng các nhà cung cấp EDA. Chẳng hạn, ngành ô tô từ lâu đã là một ngành có tính tuần hoàn. Các ứng dụng khác như tiêu dùng và y tế khai thác công suất sản xuất các nhà sản xuất chip trong các chu kỳ đi xuống của ngành ô tô. Sự đa dạng của các ứng dụng và phân khúc ngành nghề đang giúp duy trì mức độ hoạt động cao của các nhà sản xuất chip.

Mức độ tăng trưởng cao, và quá trình "điện tử hoá vạn vật" đang làm tăng mạnh nhu cầu đối với các loại chipset mới. Các bộ vi điều khiển 8 hay 16 bit đơn giản không còn phù hợp cho nhiều ứng dụng cần khả năng xử lý tính toán và kết nối tiên tiến hơn. Các công ty khởi nghiệp tiếp tục nở rộ với tốc độ nhanh chóng, tạo ra các tiền đề thiết kế mới và sản phẩm sáng tạo. Mô hình doanh nghiệp chuyên thiết kế chip cho phép ngành này đáp ứng được nhu cầu của nhiều loại hình ứng dụng đa dạng trong khi vẫn đảm bảo được khả năng tận dụng công suất sản xuất bán dẫn một cách hiệu quả.

Nhu cầu về các sản phẩm EDA có khả năng đáp ứng các yêu cầu mới về chức năng thiết kế và hoạt động xác nhận hợp chuẩn sẽ tiếp tục duy trì trong tương lai. Các nhóm thiết kế cần công cụ, dịch vụ bảo vệ sở hữu trí tuệ IP và tư vấn tốt hơn từ các công ty EDA. Việc sử dụng rộng rãi hơn các sản phẩm chip trong thị trường tiêu dùng là một diễn biến rất tích cực đối với các nhà cung cấp EDA - những doanh nghiệp tăng trưởng và thành công một phần nhờ vào thành công của các tiền đề thiết kế. Số lượng các thiết kế được áp dụng tăng cao dẫn đến nhu cầu lớn hơn về lực lượng kỹ sư và các công cụ EDA họ sử dụng để có thể nhanh chóng hoàn thành công việc nhanh hơn, với chức năng tự động hóa thông minh cũng như năng suất cao hơn.

XEM THÊM >>> Xây dựng tương lai bền vững hơn với 6G

Xu hướng: Khách hàng đòi hỏi các sản phẩm chip và các hệ thống điện tử có tuổi thọ cao hơn và có thể vận hành đúng thiết kế trong suốt vòng đời. Yêu cầu này đặc biệt quan trọng trong những thị trường đòi hỏi tính an toàn cao như thị trường ô tô và các thị trường phục vụ nhu cầu thiết yếu như các trung tâm dữ liệu. Các công cụ EDA giải quyết vấn đề lão hóa sản phẩm, chất lượng và độ tin cậy như thế nào?

A: Thiết kế mang lại độ tin cậy là truyền thống của Keysight vì các sản phẩm của công ty phải đáp ứng các yêu cầu về tuổi thọ vô cùng chặt chẽ. Tính tin cậy sẽ chỉ mang lại tác động tích cực khi được bao quát đầy đủ xuyên suốt các quá trình thiết kế, sản xuất và kiểm thử. Keysight áp dụng các thực hành về đảm bảo độ tin cậy tốt nhất vào vòng đời các sản phẩm đo kiểm của mình, qua đó tác động tích cực đến các công cụ thiết kế và mô phỏng qua nhiều năm phát triển.

Người dùng nội bộ cũng như khách hàng sử dụng thương mại các công cụ của Keysight ngày càng quan tâm nhiều hơn tới việc đảm bảo mạch điện được vận hành bên trong các giới hạn về điện tử và tản nhiệt. Đây có vẻ là một yêu cầu đơn giản, nhưng trên thực tế có thể khá khó khăn, đặc biệt khi tính đến yếu tố môi trường và biến đổi quy trình. 

Các sản phẩm chip đang được sử dụng ngày càng nhiều trên các hệ thống lớn hơn, được liên kết thông qua các công nghệ đóng gói khác nhau. Lập mô hình các chi tiết liên kết và đóng gói là yếu tố khiến quá trình thiết kế đảm bảo tin cậy trở nên rất khó khăn. Chẳng hạn, các ứng dụng không gian vũ trụ yêu cầu độ dự phòng sẵn có và các mẫu hình thiết kế đặc biệt để phòng chống bức xạ.

Cách tiếp cận này cũng được sử dụng trong các ứng dụng thiết yếu cho vận hành khác, chẳng hạn như ứng dụng trong y tế. Ngoài động lực chính trước đây là các ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng, giờ đây các ngành IoT, ô tô và hàng tiêu dùng đang ngày càng đề cao yêu cầu về độ tin cậy và già hóa (hao mòn) của sản phẩm. 

Với việc tổn thất do sai lỗi trong các ứng dụng này có xu hướng tăng lên, tầm quan trọng của mô phỏng đối với chất lượng thiết kế cũng tăng. Các công cụ thiết kế PathWave của Keysight tạo điều kiện thực hiện mô phỏng và phân tích tính toàn vẹn của dữ liệu và công suất, các hiệu ứng điện từ là những yếu tố tác động trực tiếp tới chất lượng và độ tin cậy.

Tác động của các công cụ EDA còn có thể mạnh mẽ hơn nữa nếu các khách hàng thiết kế đặt ra các yêu cầu mô phỏng phê duyệt theo ngành nghề. Yêu cầu này đòi hỏi xác nhận phần mềm thông qua các bộ công cụ đo kiểm độc lập hay các cơ quan đo kiểm độc lập.

Các công cụ EDA và sở hữu trí tuệ có thể giúp dự đoán và tránh phạm các sai lỗi trên thực địa. Thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực bằng các bộ cảm biến nhúng và kỹ thuật phần mềm AI/ML hứa hẹn nhanh chóng giải quyết vấn đề về độ ổn định và già hóa sản phẩm.

Theo Tạp chí Điện tử & Ứng dụng