歐洲新研究專案的合作夥伴發佈了多國/多學科智慧型系統共同設計(SMArt systems Co-design,SMAC)專案內容。這項為期三年的重要合作專案旨在爲智慧型系統設計創造先進的設計整合環境(SMAC 平台),歐盟FP7(FP7-ICT-2011-7)專案爲智慧型系統專案提供部分資金支援。智慧型系統是指在一個微型封裝內整合多種功能的微型智慧型裝置,這些功能包括感測器、致動器、運算功能、無線網路連接和能源收集功能。在節能、醫療、汽車、工廠自動化以及消費性電子等應用領域,智慧型系統將是下一代産品設備的重要元件。SMAC專案的目標是透過降低智慧型系統的設計成本,縮短産品上市時間,協助歐洲企業在應用市場競爭中搶占先機。
智慧型系統研發的瓶頸不在於技術,而是設計方法。先進的封裝技術,如系統級封裝(SiP)和晶片堆疊(3D IC)通孔技術,實現在一個封裝內高密度整合所需的全部功能,以滿足市場對成本、尺寸、性能和可靠性的日益嚴格的技術要求。儘管如此,設計方法仍無法與技術發展同步。
SMAC專案統籌、意法半導體工業與多重市場CAD研發總監Salvatore Rinaudo表示:「阻礙智慧型系統應用成長的原因不是技術,而是缺少精心組織且明確最終整合系統的設計方法。理想的情況是將全部整合元件設計成一個單一系統,但目前缺少統一的設計工具和方法。SMAC專案小組準備研發一個以整合爲導向的整體設計平台,以此協助歐洲企業降低製造成本,縮短産品上市時間,最大幅度地降低在最終整合過程中遭遇的風險,從而在挖掘智慧型系統的潛能中搶占先機。」
目前在智慧型系統設計中,不同的系統元件採用不同的設計工具。以MEMS感測器、類比和射頻元件、數位晶片爲例,模型、模擬和設計等過程使用完全不同的工具,而這些工具沒有一個考慮到最終的系統整合。
爲確保SMAC平台能夠用於實際的工業級強度的設計流程和環境,平台研發將由學術界和工業領域的合作夥伴共同完成,其中包括多家電子設計自動化(EDA)廠商和半導體廠商。這項研發成果將讓工業合作夥伴及其客戶提高其在智慧型系統産品及應用市場的競爭力。
該專案結束後預計將取得以下科技成果:
1. 新的模型模擬功能:支援精確的多物理場、多層、多尺度以及多域聯合模擬。
2. 以整合爲導向的創新型設計方法,用於設計不同技術領域和擁有不同功能的智慧型系統元件和子系統。
3. 強化現有模型和模擬工具的性能,將其整合到一個完整的設計流程內(即SMAC平台),實現以整合爲導向的智慧型系統共同設計概念。
4. 透過實現先進技術的測試示例,證明某些新設計解決方案的效果。
5. 透過對比最先進的參考方法,證明在SMAC平台內整合全新與現有EDA設計工具的精確性和簡便性。
6. 在一個工業級強度設計示例中證明SMAC平台的適用性。
專案合作方:
意法半導體STMicroelectronics s.r.l. (義大利)(專案協調方);
Philips Medical Systems Nederland BV(荷蘭);
ON Semiconductor Belgium BVBA (比利時);
Agilent Technologies Belgium NV (比利時);
Coventor Sarl (法國);
MunEDA GmbH (德國);
EDALab s.r.l. (義大利);
Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (義大利);
Tyndall National Institute, University College Cork (愛爾蘭);
Instytut Technologii Elektronowej (波蘭);
Politecnico di Torino (義大利);
Università degli Studi di Catania (義大利);
University of Nottingham (英國);
Katholieke Universiteit Leuven (比利時);
Technische Universiteit Eindhoven (荷蘭);
Slovak University of Technology Bratislava(斯洛伐克);
ST-POLITO s.c.a.r.l. (義大利)。
SMAC專案需要超過1300人/月和約1300萬歐元資金,其中約500萬歐元將由工業合作夥伴提供。
技術說明:
如上圖所示,智慧型系統實現了非常複雜的功能,整體系統通常由非異類元件組成,包括數位元件、類比元件、射頻晶片、MEMS及其它類型感測器、電源和無線通訊元件。目前還沒有設計方法和工具能夠同步且無縫地解決智慧型微電子系統設計工程人員在設計新産品時面臨的全部挑戰。這些挑戰包括緊密封裝元件的預定電勢或寄生耦合(例如,熱或電磁)。
當前有關智慧型系統的模型、模擬、設計和整合的基本情況如下:
- 非電氣元件(微加工結構、電磁場、熱現象、波傳遞等元件)採用偏微分方程式(Partial Differential Equation,PDE)解決器設計,如有限元素法(Finite Element Method,FEM)或基於原理圖的行爲庫。
- 類比元件和射頻元件是由具豐富專業的工程人員在重新使用現有宏觀基礎上按照一個模板化方法設計。
- 數位部分是採用自動合成工具(從高層合成到物理合成)按照自上至下的模式設計。
- 系統設計支援工具包括框圖模擬(如MATLAB-SIMULINK、SystemVue),這些工具讓設計人員可以全面查看整個系統,但需要使用簡單的子系統和元件模型。
- 微控制器和數位訊號器內的軟體代碼量正在大幅增加。
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