27、计算机辅助设计（CAD）与定制微电子技术的发展

计算机辅助设计（CAD）与定制微电子技术的发展

1. CAD 技术的发展历程

在早期中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）时代，芯片制造涉及的层数可能只有五六层，芯片布局可以通过手工在大型绘图板上完成，布局尺寸通常是实际尺寸的 100 - 200 倍。掩模布局则是在尺寸稳定的塑料片（红宝石石版）上手动切割，然后通过将它们叠放在一起，放在灯箱上进行单独和整体的视觉检查，灯箱提供均匀的底部照明。

然而，这种设计方式效率极低且成本高昂。随着芯片尺寸的增加，设计工作需要耗费大量的人力和时间，而且布局细节中存在许多错误。首次设计就正确几乎是不可能的，通常需要进行多次设计迭代。因此，自动化设计是必然的趋势。

直到 20 世纪 60 年代中期，计算能力、图形处理能力和数据存储能力都不足以处理将大型电路转换为芯片设计所需的所有信息和几何规则。像大型可视化显示单元（VDU）和大型绘图仪等外设也尚未开发出来。

除了物理布局设计的困难外，早期也没有办法在制造前模拟电路布局设计，以检查其功能和性能是否正确。面包板技术也不再能可靠地模拟电路行为，因为芯片上器件的性能和互连电容与面包板模型不同。随着芯片复杂度的增加，这些问题变得更加严重。

1.1 第一代 CAD 工具

20 世纪 60 年代末和 70 年代初，第一代用于集成电路设计的 CAD 工具出现了。这些工具主要针对芯片布局设计，是具有大内存容量的图形机器，可以在 VDU 屏幕上操作几何形状和尺寸，并对生成的布局进行设计规则检查（DRC），以确保所有最小宽度、间距、重叠等几何设计规则正确。但这些早期机器不提供任何电气规则检查（ERC），无法确保电路功能的正确性。

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