1.1 CMOS集成電路EDA技術概述

微電子集成電路產業是一個集工藝制造、電路/系統設計、市場營銷、消費應用為一體的復雜系統工程。其中，電路/系統設計是連接集成電路工藝制造和市場、應用之間的橋梁，是芯片產品開發的決定性一步。一款成功的芯片源于無數工程師成功的設計，而成功的設計在很大程度上又取決于有效、成熟的集成電路EDA設計工具。

集成電路EDA設計工具主要是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而開發出的電子輔助軟件包。該軟件包可以使設計者在虛擬的計算機環境中進行早期的設計驗證，有效縮短了電路實體迭代驗證的時間、提高了芯片設計的成功率。迄今為止，用于集成電路設計的EDA工具從誕生到現在，經歷了3個主要的發展階段。

第一階段：在20世紀70年代的集成電路產業發展初期，人們開始使用計算機輔助進行集成電路版圖編輯，取代了以往的手工設計操作，產生了計算機輔助設計的概念。該階段稱為計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）階段。

第二階段：20世紀80年代初，除了版圖編輯和驗證功能，出現了以Mentor、Daisy、Valid為代表的計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）系統，為工程師提供了較為便捷的電路原理圖輸入、功能模擬、分析驗證功能，標志著集成電路EDA工具發展進入正軌，成為集成電路產業鏈中重要的一環。因此該階段稱為CAE階段。

第三階段：20世紀90年代進入電子系統設計自動化（Electronic System Design Automation，ESDA）階段，盡管CAD/CAE技術取得了巨大的成功，但并沒有把工程師從繁重的設計工作中徹底解放出來。在整個設計過程中，自動化和智能化程度還不高，各種EDA工具界面千差萬別，學習使用困難，并且互不兼容，直接影響到設計環節間的銜接。基于以上不足，人們開始追求能夠貫徹整個設計過程的自動化，這就是ESDA，其中的代表是Cadence、SYNOPSYS和Avanti等公司推出的EDA工具。

進入21世紀以來，第四代EAD工具正沿著ESDA的途徑繼續演進。由于集成電路的工藝水平已經進入深亞微米（<20nm），短溝道效應、連線延遲成為制約集成電路發展的重要瓶頸，因此必須大幅度提高EDA工具的設計能力，才能適應集成電路工藝的快速發展。

利用EDA技術進行集成電路設計主要具有以下幾方面特點：

1）采用計算機軟件平臺完成虛擬的電路、系統設計。

2）用軟件方式設計的電路、系統到硬件電路、系統的轉換是由相應開發軟件來自動完成的。

3）設計過程可使用EDA軟件對電路、系統進行功能及性能仿真，即虛擬測試，提前修改電路、系統中的錯誤和不足，優化電路。EDA技術使電子工程師在實際的電子系統產生前，就可以全面地了解電路、系統的功能特性和物理特性，從而在設計階段降低開發的風險，縮短了開發周期，降低了開發成本。

4）采用EDA技術的設計方法，可將一個龐大的系統設計在一顆芯片上，即通稱的SoC（System on Chip，片上系統），使系統具有體積小、集成度高的優勢。

作為EDA技術主要的一個分支，CMOS集成電路EDA技術在硬件方面融合了大規模集成電路制造技術、模擬/數字集成電路、版圖設計技術、專用集成電路測試和封裝技術等；在計算機輔助工程方面融合了計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）技術及多種計算機語言的設計概念；而在現代電子學方面則容納模擬/數字集成電路設計理論、數字信號處理技術、系統建模和優化技術等。

CMOS集成電路EDA技術的核心是利用計算機實現CMOS集成電路設計的自動化，因此，基于計算機環境下的EDA工具軟件的支持是必不可少的。CMOS集成電路EDA軟件經歷了20年的發展歷程，目前廣泛應用的主要有Cadence、Mentor、SYNOPSYS三家公司的EDA軟件。這些軟件功能很強，可以進行電路設計與仿真，輸出多種網表文件（Netlist），與其他廠商的軟件共享數據等。

總之，CMOS集成電路EDA技術為現代集成電路理論和設計的表達與應用提供了可行性，它已不是某一學科的分支，而是一門綜合性學科。它打破了計算機軟件與硬件間的壁壘，使計算機的軟件技術與硬件實現合二為一、設計效率和產品性能都能得到很好的實現，代表了集成電路設計技術和應用技術的發展方向。