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IMS Institut für Mikroelektronische Systeme Universität Hannover 26.01.1999 # 1 Lust oder Leid?...
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IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 1
Lust oder Leid?
Erich Barke
Die Entwicklung der EDA in Deutschland
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 2
Inhalt
• Zur Bedeutung von EDA• Der EDA Markt und Rolle Europas• Lernen aus der Geschichte• Gibt es Hoffnung?
IMS
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# 3
Inhalt
• Zur Bedeutung von EDA• Der EDA Markt und Rolle Europas• Lernen aus der Geschichte• Gibt es Hoffnung?
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 4
Bausteine des Mikroelektronik-Erfolgs
Know How
Entwurfsfähigkeit
MethodikWerkzeugeBibliothekenModelleEntwurfsregeln
Prozesstechnologie
Schaltungs- und System-
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 5
EDA ist strategisch!
Nur mit EDA wird es gelingen
• die Schaltungskomplexität zu bewältigen,
• die Entwurfsproduktivität im erforderlichen Maße zu steigern,
• die Entwurfsqualität zu verbessern.
IMS
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# 6
Inhalt
• Zur Bedeutung von EDA• Der EDA Markt und Rolle Europas• Lernen aus der Geschichte• Gibt es Hoffnung?
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 7
EDA Marktanteile 1998
Quelle: CAD/CAM Publishing
Marktvolumen: $ 2,6 Mrd. (Lizenzeinnahmen)
Cadence26,7%
Synopsys16,6%
Mentor10,7%
Andere40,0%
Avant!6,0%
IMS
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# 8
IMS
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# 9
Wie Mentor wurde, was es istCaeco
Mentor
CAESystem s
Tektronix CAE
VRI
M icrotecAnacad
EES
MetaSystem s
Seto
Caedent
Checklogic
CAD I
3Soft
AXIOM
EDC
SDL
SDS
SCI
DesCartes
Exem plar Parade
Precedence
Trimeter
CoSoft
MTIZeelen
Contour
Perform ance CAD
IMS
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# 10
Der EDA-Markt in Europa
• Ein relativ großer Markt(20% des gesamten Marktvolumens)
• Dominiert durch amerikanische Firmen• Eine geringe Zahl (mehr oder weniger) erfolgloser
europäischer Firmen mit einem verschwindend kleinen Marktanteil (weniger als 10% in Europa)
• Dominanz der amerikanischen Firmen nimmt durch Aufbau von F&E-Aktivitäten in Europa weiter zu(Mentor, Synopsys, Compass, Cadence)
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# 11
Aufstieg und Fall europäischer EDA-Firmen
IMS
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# 12
Inhalt
• Zur Bedeutung von EDA• Der EDA Markt und Rolle Europas• Lernen aus der Geschichte• Gibt es Hoffnung?
IMS
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# 13
Die vier Phasen der EDA-Geschichte:Mentor Umsätze
0
100
200
300
400
500
600
1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997
Mio
.$ .
Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4
NeueHeraus-
forderungenHarte Zeiten
Goldrausch
Urzeit
Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4
NeueHeraus-
forderungenHarte Zeiten
Goldrausch
Urzeit
IMS
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# 14
Die vier Phasen der EDA-Geschichte: EDA F&E in Europa
Phase Zeitraum EDA-Industrie Fokus
1 1965-1983Urzeit
Calma, Computervision, NCASimulation
2 1983-1989Goldrausch
Daisy, Mentor, Valid
Plazierung und
Verdrahtung
3 1989-1995Harte Zeiten
Cadence, Mentor, SynopsysSynthese
4 1995-Neue Herausforderungen
Services, Design, IPVerifikation
IMS
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# 15
Phase Zeitraum EDA-Industrie EDA-F&E in Europa
1 1965-1983 Urzeit Lust
2 1983-1989 Goldrausch Bewegung
3 1989-1995 Harte Zeiten Leid
4 1995-Neue
HerausforderungenHoffnung
Die vier Phasen der EDA-Geschichte
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 16
Urzeit: SPICE Benutzeroberfläche
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 17
Lust: Der direkte Draht zur Industrie
Interne CAD-Abteilung
System- und Halbleiterfirmen
Universitäten
EDA-Firmen
IMS
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# 18
Lust: EDA-Pioniere in Europa
• Prozeß- und Devicesimulation (TH Aachen)• Analog EDA (KU Leuven, CSEM)• Standardzellen Plazieren & Verdrahten (IMEC)• Synthese (INPG)• Test (INPG)• Formale Sprachen (U Edinburgh)• Formale Verifikation (Brunell U)
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# 19
Der Goldrausch beginnt: Neue Tools
IMS
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# 20
Goldrausch: DAISY Benutzeroberfläche
IMS
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# 21
IMS
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# 22
Bewegung
IMS
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# 23
Bewegung: ESPRIT- Förderung für EDA
0
100
200
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83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94
Plan
Ist
Personen
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# 24
Was die Förderung bewirkt hat
• Eine Menge Geld verteilt• Viel Geld verschwendet• Nur wenige Erfolgsgeschichten
(Racal-Redac, Anacad, EDC)• Eine Menge Fehlschläge (VENUS, JESSI AC1, AC8)• Unmittelbare Förderung von Produktentwicklung als
Starthilfe für eine europäische EDA-Industrie• Die Rolle von Konsortien• EURO CHIP und EUROPRACTICE
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# 25
Leid: Das zerschnittene Band
Interne CAD-Abteilung
System- und Halbleiterfirmen
Universitäten
EDA-Firmen
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# 26
Das zerschnittene Band zwischenIndustrie und Universitäten
• „Make or Buy“ wurde entschieden.
• Produktentwickler arbeiten nicht mit Universitäten zusammen.
• EDA-Forschung erfolgt durch Computerfachleute.
• Forscher lieben das wirkliche Leben nicht.
• Eine EDA-Industrie als „natürlicher“ Partner der Universitätengibt es in Europa nicht (und wird es nicht geben).
• Es ist schwer mit amerikanischen Firmen zusammenzuarbeiten.
• Es gibt keine Fördermittel mehr (?).
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# 27
Leid: Ein Blick von außen
It has become increasingly difficult for even the major academic institutions and research laboratories to find longterm support for basic research activities... One is led to the conclusion that the bulk of European general management does not believe that fundamental research in this area is of long-term strategic importance... There is no sign that Europe has developed, or is developing, the infrastructure needed to benefit efficiently from investments in this field either. In fact, it has most of the same characteristics as the EDA experience of earlier times.
A. Richard Newton, UC BerkeleyAndrzej J. Strojwas, CMU
Quelle: SRC White Paper on the Status of Design Technology for integrated Electronic Systems in Europe, 1995.
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# 28
Inhalt
• Zur Bedeutung von EDA• Der EDA Markt und Rolle Europas• Lernen aus der Geschichte• Gibt es Hoffnung?
IMS
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# 29
Hoffnung! Europäische Stärken bei EDA
• Prozeß- und Devicesimulation (Wien, Zürich, Bologna)• Analog-CAD ( Leuven, Sevilla, Lissabon, Kaiserslautern,
München, Hannover)• Plazierung (München)• High-Level-Synthese (Grenoble, Leuven, Karlsruhe,
Kaiserslautern, Dortmund)• Formale Verifikation (Cambridge, Edinburgh, Brunell
Karlsruhe, Darmstadt)• HW / SW Codesign (Braunschweig, Karlsruhe)
IMS
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# 30
Hoffnung? Europäische Schwächen• Große Firmen kaufen bei großen Firmen.• Große Firmen sind zu unbeweglich für die Dynamik
des EDA-Marktes.• An den Universitäten existiert zu wenig Design-Erfahrung.• Europäer sind zu technikverliebt und vernachlässigen
das Marketing.• Europäer sind wenig risikofreundig, es gibt wenig „Entrepreneure“.• Europa hat kein Silicon-Valley.• Europa hat keine Wagniskapitalkultur.• Europäer haben wenig Gefühl für das richtige Produkt
zur rechten Zeit.
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 31
„Alles, was ich brauche kann ich beiMentor, Cadence, Synopsys,... kaufen.“
Ja, aber, EDA-Firmen haben:
• keinen Fokus auf Europa• begrenzte F&E Ressourcen• begrenzte Technologie- und Fertigungskenntnisse• begrenzte Anwendungskenntnisse
Wozu denn auch EDA F&E in Europa?
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 32
Warum ist EDA anwendungsspezifisch?
Optimierungskriterien beim Entwurf:
• Chipfläche High Volume, z.B. Speicher.
• Performance Leading Edge, z.B. Controller.
• Entwurfszeit Time to Market, z.B. Consumer.
• Wiederverwendbarkeit High Complexity, z.B. Telecom.
IMS
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# 33
Was ist in Europa anders als anderswo?
• Europäische Schaltungen und Systeme sind traditionell „schwierige Entwürfe“.
– Mixed Signal (Telecom, Automotive)– Low Power (Consumer, Mobile, Chip Cards)– Embedded Systems (Telecom, Multimedia, Chip Cards)– Safety Critical Systems (Automotive)
IMS
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# 34
Sinnvolle Arbeitsteilung
• System- und Halbleiterfirmen entwerfenSchaltungen und Systeme.
• EDA-Firmen entwickeln Entwurfswerkzeuge.• Universitäten forschen in Algorithmen und
Datenstrukturen, um Entwurfswerkzeugeentwickeln zu können.
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 35
Hoffnung: Trinity für kurz- undmittelfristige Projekte
Anforderungen AlgorithmenPrototypen
Werkzeuge
Universitäten
EDA-FirmenSystem- und
Halbleiterfirmen
IMS
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# 36
SIA (Semiconductor Industry Association)über Notwendigkeiten bei EDA
Better understanding of the problem; increasedinvestment; and improved coordination betweenuser companies, universities, and EDA supplierswill be essential to provide the new sets of toolsand techniques.
The National Technology Roadmap for Semiconductors 1995-2010
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 37
BMBF-Verbundprojekt PARASITICSParasitäre Effektein integrierten Schaltungen
aiss • Bosch • Cadence • IBM • Incases • IMST • LFIOptEM • Philips • Siemens • SNI • TEMIC • ZMD
SSESmart System-Engineering
Erich Barke • IMS/Uni Hannover Berlin • 25.06.1998• Folie 13
Kooperation in PARASITICSTrinity bei Deep-Sub-µ-Layoutextraktion
EDA-Firmen"Anbieter"
Kommerzialisierer
Universitäten, Institute"Forscher"
Erfinder
System- und Halbleiter-Firmen"Nutzer"
Evaluierer Spezifizierer
Cadence Uni Hannover
Siemens, Bosch, Philips, ZMDWerkzeuge:
DFII, SALVE/Vampire
Anforderungen:
- Komplexitätsbeherrschung- Aufwandsreduktion
Algorithmen,Prototypen:
- Selektion- Reduktion- Parallelisierung
IMS
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# 38
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 39
Hoffnung: Focus Center für langfristige Themen
• Konzentration von Ressourcen• Sicherstellung von Kontinuität• Fokussierung auf kritische Themenstellungen• Neue Finanzierungsmodelle• Schließen der Lücken bei langfristiger Forschung
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 40
Focus Center Research Program
What is the Problem?u Reduced Funding for Semiconductor Research From
All Traditional Sources
u Emphasis by Industry on “Short- term” Research
u Lack of “Critical Mass” on Priority Topics
u Industry- Funded University Environment Doesn’tNurture Long Range Research
u Lack of Synergy Among University Researchers
u No Clear Directive to Develop New Concepts andInvestigate Radical Alternative Methodologies
IMS
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# 41
Focus Center Research Program
N N+1 N+2 N+3 N+4
Incre
asi
ng R
isk
Incre
asi
ng C
ost
of R
esea
rch
Industry• Largely company specific• Product emphasis
SRC• Narrow technology
choices• Identify path to
commercialization• Emphasize technology
transfer• Student emphasis• Customer fee allocation
SEMATECH &SUPPLIERS
• Largely tool specific• Manufacturing Efficiency• Industry standards
Product Generation
RESEARCH GAP
Development
Exploratory ResearchApplied Research
98 01 04 07 10 13Semiconductor Research Gap
• Bell Labs• IBM Research• GE Research
Greatly ReducedActivity in SiliconSemiconductor
Research
INDUSTRIAL LABS
IMS
Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999
# 42
Focus Center Research Program
What is the Solution?
The Focus Center Research Programcombines funding from the ICmanufacturers (SIA), their suppliers(SEMI/SEMATECH), and the government(DoD) with the common goal ofaddressing the long range research need.
IMS
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# 43
Focus Center Research Program
N N+1 N+2 N+3 N+4
Incre
asi
ng R
isk
Incre
asi
ng C
ost
of R
esea
rch
Industry• Largely company specific• Product emphasis
SRC• Narrow technology
choices• Identify path to
commercialization• Emphasize technology
transfer• Student emphasis• Customer fee allocation
FOCUS CENTERS• Expand knowledge base• Create new choices• Fund university facilities &
equipment
SEMATECH &SUPPLIERS
• Largely tool specific• Manufacturing Efficiency• Industry standards
Product Generation
8 - 12 yr impact
Industry
Industry
SEMATECH
SEMATECH
SRC
SRC
FCRP
FCRPFCRPSRC
Solution to Research Gap98 01 04 07 10 13
IMS
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# 44
Focus Center Research Program
u Combined funds provide adequate resources forselected critical areas
u Focus Center provides “critical mass” and synergyamong university researchers
u University program run by a University Directoroptimizes chance of producing the rightenvironment for long range research
u Separating program from SRC & SEMATECHpermits focus on new concepts and radicalalternatives
u DARPA brings experience in long-range researchmanagement
Advantages of this arrangement
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# 45
Focus Center Research ProgramTwo Centers Selected
Design and Test- Prof. Richard Newton, Director
Interconnect- Prof. James Meindl, Director
Stanford
UC - Berkeley
MIT CMU Princeton Michigan UCLA UC-SantaBarbara
UC-SanDiego
UC-SantaCruz
Stanford
Georgia Tech
MIT SUNY-Albany RPI Cornell
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# 46
Focus Center Research ProgramCritical Roadmap Barriers
uFocus Center Alternatives-4Design and Testr Process Integration, Devices, Structuresr Front End Processesr Lithography4 Interconnectr Factory Integrationr Assembly and Packaging
uCrosscut Center Alternativesr ES&Hr Defect Reduction r Metrologyr Modeling & Simulation
- Plenty of Problems Left -99 Roadmap Will Probably Rewrite This List
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# 47
Focus Center Research ProgramProposed Funding Plan Approach
THE EXPERIMENT:Start two centers.Check to see if youlike it after two years.If so, continueand start twomore centers.
$2M $8M $12M $28M $32M $48M $56M $60MTOTAL
98 99 00 01 02 03 04 05
DESIGN & TEST
INTERCONNECT
FOCUS CTR # 3
FOCUS CTR # 4
FOCUS CTR # 5
FOCUS CTR # 6
$1M $4M $6M $10M $10M $10M $10M $10M
$1M $4M $6M $10M $10M $10M $10M $10M
$4M $6M $10M $10M $10M
$4M $6M $10M $10M $10M
$4M $6M $10M
$4M $6M $10M
f1-EVALUATION
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# 48
Meine geheime Wunschliste
• Produktentwickler sollten mehr zum Thema Methodikund Werkzeuge beitragen.
• CAD-Abteilungen sollten mehr an übermorgen denken. • System- und Halbleiterfirmen sollten mehr Geld für
EDA ausgeben.• Universitäten sollten sich mehr den Wünschen
der Industrie öffnen.• Regierungen sollten verstehen, daß EDA sehr
forschungsintensiv ist und kontinuierlicherFörderung bedarf.
IMS
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# 49
Die eigentlichen
EDA-Herausforderungen
liegen noch vor uns !