Electronic Design Automation

EDA ist eine Ingenieursdisziplin und wurde historisch (c. 1970er bis 1990er) teilweise auch unter der Computer Aided Design (CAD) oder Computer Aided Engineering (CEA) Bezeichnung betrieben.^[1] Der Begriff bzw. das Akronym CAD wird jedoch seit den 2000er Jahren primär für Konstruktion und Mechanikentwicklung genutzt; CEA und EDA steht allgemein für die computergestützte Entwicklung von elektronischen Schaltungen.

Eine weitere Spezialisierung ist die Electronic System Design (ESD), um der gestiegenen Fähigkeiten, Komplexität sowie Anwendungen der EDA-Software gerecht zu werden.^[2] Dabei wird das Systems Engineering in den Mittelpunkt des Designs gestellt, was unter anderem den Trend der Technologie widerspiegelt, der immer komplexere Geräte berücksichtigt. Siehe dazu auch die International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) bzw. ihren Nachfolger International Roadmap for Devices and Systems (IRDS). Dabei kommen auch Werkzeuge wie SystemC oder SystemVerilog zum Einsatz.^[3][4]

Die Aufgabe der EDA ist die Entwurfsautomatisierung auf unterschiedlichen Ebenen:

• Erstellung von Schaltplänen vor allem beim Entwurf von Leiterplatten, aber auch der Entwurf von Zustandsautomaten. In der Regel erstellen solche EDA-Anwendungen Netzlisten, die die für die Schaltung benötigten Elemente oder Bauteile enthalten sowie deren Verbindungen untereinander spezifizieren. Die so entstandenen Netzlisten werden dann in der Regel von Programmen auf anderen Ebenen weiterverarbeitet.
• Verifikation der korrekten Funktion von Schaltungen durch Simulation und formale Methoden, auf verschiedenen Entwicklungsebenen.
• Leiterplattenentwurf und -entflechtung (Platinen-Layout, engl. PCB design), d. h. Entwurf eines Schaltungträgers für die Bauelemente meist im Gerber-Dateiformat zur Leiterplattenproduktion. Dabei kann auch eine automatisierte Platzierung der Schaltungskomponenten (Autoplacer) und eine automatisierte Entflechtung der Verbindungen (Autorouter) verwendet werden.
• Der Chipentwurf, d. h. die Computergestützte Entwicklung von integrierten Schaltungen (ICs), insbesondere von ASICs, von der Spezifikation und Umsetzung in einen Schaltplan und ein Layout bis zum gefertigten Schaltkreis. Hierzu werden größtenteils Hardwarebeschreibungssprachen (HDLs) verwendet.
• Im Falle von FPGAs, die Umsetzung von logischen Schaltungen in konfigurierbare Logikbausteine. Auch hierzu werden HDLs verwendet.
• Entwurf von Multi-Chip-Modulen (MCM) und Packaging- bzw. SiP-Design.

Historisch wurde EDA-Software mit der Entwicklung der gesamten Computerbranche groß. Als signifikanter Meilenstein in der Geschichte der EDA gelten die Ideen und Methoden von Carver Mead und Lynn Conway.^[5][6] Zuvor waren bereits erste Computergestützte Ansätze beim Design von ICs und ASICs gemacht worden.^[7] Der Foundry-Service Anbieter MOSIS des University of Southern Californias Information Sciences Institute (ISI) war damals (1981) einer der ersten Anbieter für Prototypen („Multi-Wafer-Projects“, MWP) und Tape-outs, dem letzten Designschritt, bevor der fertige Entwurf in die Produktion geht. MOSIS ist bis heute noch aktiv.^[8] Mit den Unternehmen VLSI Technology und LSI Logic, später TSMC und dem Fabless-Geschäftsmodell wurde EDA-Software dann zu einer Hauptgröße der Halbleiterindustrie.^[9]

Die Branche durchläuft seit vielen Jahrzehnten Merger & Acquisitions. Beispielsweise wurde Tanner EDA von Tanner Research (gegründet von John Tanner,^[10] PhD-Absolvent 1986 bei Carver Mead)^[11] abgespalten, zuerst von Mentor akquiriert^[12] und folglich durch Siemens EDA übernommen.^[13] Ein anderes großes Beispiel war der M&A von Synopsys von Magma Design Automation (kurz: Magma) im Jahr 2012.^[14] Somit gelten (Stand 2022) Synopsys, Cadence, Siemens EDA und Ansys mit zu den größten EDA-Software Anbietern weltweit. Synopsys hat nach eigenen Angaben Ende 2022 den Umsatzrekord von 5 Milliarden US-Dollar erreicht.^[15]

Als Beispiel aus der deutschen EDA-Geschichte sei das Werkzeug VENUS („VLSI-Entwicklung und Simulation“) von Siemens erwähnt.^[16][17]

Das ehemalige EDA Consortium (EDAC) wurde 2016 zur ESD Alliance.^[18]

Das Marktvolumen der EDA-Industrie betrug nach Angaben des Interessenverbandes Electronic System Design Alliance, einer Fachgruppe der SEMI, Mitte 2019 ca. 2,4 Milliarden US-Dollar.^[19] Im 2. Quartal 2022 waren es laut ESD 3,7 Milliarden US-Dollar.^[20]

Die Vielzahl der Software hat ESD der SEMI dazu veranlasst, gewisse Kriterien für das Berichten zu veröffentlichen (siehe Weblinks). Dabei wurden die fünf folgenden Kategorien definiert:

1. Services
2. CAE
3. IC Physical Design & Verification
4. PCB & MCM
5. SIP

Hinweis: Aufgrund der unter Geschichte erwähnten hohen M&A-Aktivität in der Branche, bieten heutzutage (Stand 2022) die Hauptanbieter EDA-Software aus fast allen genannten EDA-Kategorien an, sowie für Digital- und auch Analogdesign. Einzelne Anbieter bieten EDA-Software für Mikrosystemdesign an. Es werden hier nur einige Beispiele der Kategorien 2+3 sowie 4 aufgezählt. Die Anbieter haben eine Vielzahl von spezialisierten EDA-Produkten. Im Folgenden sind nur einzelne Beispiele aufgezählt. Die Liste erhebt keinen Anspruch an Vollständigkeit.

• ESD Alliance (SEMI) – Webseite
• ESD Alliance, SEMI: 2022 Reporting Criteria — Electronic Design Market Data. 2022 (semi.org [PDF]).
• Kyoto Prize Laureate Introduction: Carver Mead (ab 0:05:11) auf YouTube, 10. November 2022, abgerufen am 26. Dezember 2022 (englisch).