Файл: Кулигин, О. С. Многокристальные интегральные схемы (опыт проектирования).pdf

ведливо в условиях современного состояния электроники. Однако, кроме очевидного упрощения при анализе, такое разбиение по­ зволяет вскрыть общность процессов, составляющих содержание

отдельных этапов, и преемственность методов их реализации. В

этом случае можно исследовать один из этапов, зафиксировав ос­

тальные в некотором конкретном состоянии с помощью системы ограничений и допущений. Используя такую возможность, даль­

нейшее изложение можно ограничить рассмотрением этапа кон­

структорской разработки. Основные процессы этого этапа — про­

ектирование и конструирование.

Отметим различие между процессами проектирования и кон­

струирования при рассмотрении их с точки зрения автоматизации

и использования вычислительных машин. Проектирование заклю­

чается в разработке формализованных параметров конструкции.

Под конструированием понимается творческий процесс неформаль­

ного представления конструкции в системе принятых условных

обозначений. Следовательно, сущность конструирования состоит в оформлении и фиксации неформализованного творческого процесса.

Характерным для процесса проектирования является использо­ вание большого количества априорной информации, заимствован­ ной из процессов конструирования, выполненных ранее. Так, можно

феноменологически определить различные типы корпусов и поста­ вить им в соответствие некоторую формальную систему, например,

корпуса. В процессе проектирования можно оперировать только одними этими числами, хотя определенный тип корпуса есть резуль­ тат процесса конструирования. Дальнейшее изложение посвящено

анализу процесса проектирования МИС и возможностей его форма­ лизации с целью использования вычислительных машин на этапе конструкторской разработки.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В процессе проектирования электронной аппаратуры и ее эле­

ментов необходимо учитывать множество различных факторов,

большой диапазон их изменения, влияние этих факторов на резуль­

тат процесса проектирования.

Высокая сложность цифровой аппаратуры, насчитывающей де­ сятки и сотни тысяч элементов, приводит к тому, что незначитель­

не. В таких условиях проектирование традиционными методами,

основанными на Интуиции и опыте разработчика, нельзя считать рациональным. Можно предположить, что процесс проектирования

мало чувствителен к изменению параметров в большом диапазоне

их значений. Тогда надо оценить эту зону малой чувствительности, чтобы сделать выводы при решении задач унификации. Таким об­

разом, МИС выдвигают необходимость разработки точных методов

9

проектирования, основанных на математических расчетах и приме­

нении ЭЦВМ.

Рассмотрим возможный подход к решению этой задачи, для чего

введем предварительные аналитические определения. MIlC пред­

ставим в виде системы

X = (х'і, λ-2, . . .),

где x1, х2,... — различные свойства этой системы, которые в даль­

нейшем будем называть конструктивными параметрами. Фиксиро­ ванные наборы параметров определяют отдельные состояния си­ стемы. Тогда под процессом проектирования будем понимать после­

довательность состояний системы, если на каждом шаге процесса

выбирается.только один параметр — сначала x¡, потом X2 и т. д.:

(λ'b X2, ... Х2, •••)• Различные функционалы, зависящие от про­

цесса, назовем критериями эффективности:

Kl (X,, %2, ■ ■ ; Xl, X , ■ ■ •)

Y2(X1, x2, ..., x{, х2, ...)

Критерии эффективности имеют, как правило, противоречивый ха­

рактер и улучшение одного из них ведет к ухудшению другого. За­

где opt — оператор оптимизации критериев эффективности, уста­

навливающий принцип оптимальности, который отвечает на воп­

емых к МНС. В математическом плане эти принципы формулиру­ ются в виде требования минимизации (максимизации) одного из критериев при достижении определенных значений других крите­

риев.

Существует ряд специальных математических методов поиска

оптимальных решений. Такие методы объединяются под общим

названием «исследование операций». Известные недостатки этих методов приводят к тому, что все чаще для поиска оптимальных решений привлекаются методы эвристического поиска.

10

ПАРАМЕТРЫ И КРИТЕРИИ

В процессе проектирования необходимо принять решение отно­

сительно выбора основных параметров МИС, которые бы обеспе­ чивали выполнение требований, предъявляемых к МИС и аппара­

туре на их основе. Как следует из описания основных учитыва­

емых факторов при проектировании Л4ИС, такими параметрами яв­ ляются: xi — степень интеграции кристалла; X2 — степень интегра­

ции микросхемы; X3 — тип корпуса; Xi — число слоев пассивной

металлизации на подложке; X5 — тип выводов кристалла и др. Эти параметры представляют собой входные параметры про­

цесса проектирования и могут иметь значение постоянных или пе­

ременных величин. Существенным при определении параметров

можно считать их независимость в смысле причинно-следственных

связей.

Для критериальной оценки процесса проектирования использу­

ются выходные переменные, характеризующие целевую направ­

ленность процесса.

Основные достоинства микроэлектроники сводятся к тому, что сна уменьшает габариты, снижает стоимость и повышает надеж­

ность аппаратуры. Первый фактор можно считать решающим, на­

пример, при изготовлении аэрокосмической аппаратуры. Однако в

других случаях более важным фактором выступает стоимость. Как

показано в [2] названные характеристики аппаратуры могут слу­

жить критериями эффективности процесса проектирования.

Для того, чтобы с помощью критериев эффективности можно

было сравнить аппаратуру различной сложности и назначения,

обычно пользуются нормированными единицами. При этом стои­

мость характеризует затраты труда, материалов и оборудования на изготовление единичной схемной функции (логического вентиля) в

составе аппаратуры и измеряется в рублях на один вентиль

(руб./вент.). Надежность оценивается с помощью величин интен­ сивностей отказов конструктивных элементов и представляет собой конструктивную надежность,, отнесенную к единичной схемной функции — l/час. вент. Для характеристики габаритов аппаратуры служит критерий плотности компоновки — вент./см3. Введем обо­ значение критериев эффективности:

C (х) —стоимость (руб./вент.);

А (х) —надежность (1/час. вент.);

G (х) — плотность компоновки (вент./см3).

ДОПУЩЕНИЯ и ОГРАНИЧЕНИЯ

Для доведения задачи проектирования MHC до численных ре­ шений в приемлемое время необходимы некоторые допущения и ог­ раничения. Эти допущения должны касаться всех сторон проекти­ рования и изготовления ?ЛИС.

11