Dieci volte (10x per dirla all’americana) è il prevedibile aumento della complessità dell’elettronica circuitale che ci attende nei prossimi anni. Quali strumenti di progettazione (tool Eda) saranno disponibili per affrontare questa sfida? Alla domanda ha provato a rispondere Hanns Windele, vice presidente Europa e India di Mentor Graphics presentando, durante il recente Mentor Solution Expo 2010, l’evoluzione che l’azienda statunitense si prepara ad affrontare; gli obiettivi da raggiungere sono dettati dalla crescita esponenziale nell’integrazione dei dispositivi verso le geometrie 0,28 nm e oltre e per raggiungerli Mentor ritiene indispensabile progredire in quattro aree fondamentali: la progettazione sistemistica, permettendo livelli di astrazione superiore; la verifica funzionale, con metodologie diverse da quelle attuali, lo sviluppo del software embedded (la cui definizione deve essere resa sempre più automatica analogamente a quanto avviene, appunto per la progettazione hardware) ed infine il miglioramento nella definizione fisica dei circuiti intervenendo sulle metodologie di sbroglio e di simulazione.
Enfasi sulla progettazione sistemistica
In pratica Mentor Graphics (come del resto molte alte società di primo piano del mondo Eda) ritiene indispensabile spostare l’enfasi dalla progettazione dei singoli componenti alla progettazione sistemistica; in effetti negli ultimi anni la riduzione delle geometrie ha comportato un aumento esponenziale dei problemi di progettazione e di produzione, nonché un parallelo aumento dei costi di investimento e le esigenze più attuali, ad esempio, la spinta verso la riduzione delle correnti e tensioni in gioco (per il risparmio energetico) non semplifica ceto le cose. La curva di apprendimento tecnologica che ha permesso per decenni di supplire alla complessità con innovazioni di processo a livello di transistor deve spostarsi ad un livello di astrazione superiore in cui il layout dei chip e il progetto funzionale integrino tecnologie che soddisfino le specifiche esigenze sistemistiche.
Spazio allo sviluppo di nuove nicchie
Attualmente computer e telefoni cellulari assorbono oltre il 70% della produzione mondiale di semiconduttori: la recessione degli ultimi due anni, anziché ridurre la spinta ad incrementare i volumi in valore assoluto di transistor per singola applicazione, potrebbe anzi lasciare spazio allo sviluppo di nuove nicchie. In particolare potrebbero aprirsi interessanti prospettive per le applicazioni con maggiori quantità di memoria Dram e anche le applicazioni dotate di Nand Flash vedono ridursi vertiginosamente i costi, con conseguente aumento delle vendite. Aumento della memoria a bordo, nuove funzioni e prezzi bassi sono un sicuro spunto per un incremento delle produzioni, anche rivitalizzando mercati apparentemente saturi, ad esempio quello del personal computer che, se è ormai in sensibile rallentamento nel segmento desktop, vede aprirsi spazi sempre più ampi per netbook/notebook e simili. Analogamente la crescente commistione tra telefonia cellulare e Internet, anche se apparentemente avara di ulteriori sviluppi nelle economie più mature si presta (stante l’obiettiva convenienza economica) a conquistare grandi spazi nelle economie emergenti. Non è quindi prevedibile un rallentamento delle esigenze di integrazione e, se gli strumenti per progettare circuiti integrati da 40 miliardi di transistor e oltre sono già disponibili anche oggi, il passaggio ad una progettazione di sistema richiede l’analisi delle funzioni dell’hardware eseguita contestualmente all’esecuzione del software e tenendo conto delle interazioni con eventuali altri componenti (meccanici, ottici, ecc.) del sistema stesso.
Simulazione e verifica
L’esperienza maturata nella progettazione elettronica, che ha reso possibile realizzare circuiti con milioni di transistor in grado di funzionare perfettamente fin dal primo prototipo, dovrebbe consentire di realizzare utilizzando lo stesso approccio anche sistemi complessi, come l’elettronica di bordo di un’automobile o di un aereo; le aree critiche sono però quella della simulazione e della verifica perché ogni aumento aritmetico della complessità circuitale significa un aumento geometrico della difficoltà di verifica funzionale e saranno quindi richiesti nuovi livelli di astrazione descrittiva (modelli basati sulle transazioni, con linguaggi come C++, SystemC, UML, SysML, Matlab) e capacità di semplificare simulazione e verifica accelerando le varie fasi, eliminando le ridondanze e combinando verifica formale e verifica dinamica. La constatazione che nel mercato dei SoC (stimato in un valore di oltre 100 milioni di dollari nel giro di un paio d’anni) il rapido incremento dei costi è dovuto alla necessità dello sviluppo software e determina poi l’esigenza di dedicare molta attenzione al segmento Esa (automazione del software embedded) adottando tecniche di riutilizzo di blocchi di codice, adozione degli standard aperti e collaborazione con i produttori di hardware specifico.
La progettazione embedded
In questo segmento Mentor Graphics è particolarmente attiva, come dimostrano le recenti operazioni di acquisizione, ultima in ordine di tempo ma non di importanza, quella che ha coinvolto CodeSourcery, società statunitense fornitrice di strumenti e servizi Open Source Gnu-based per lo sviluppo di sistemi avanzati. CodeSourcery crea strumenti software che permettono di massimizzare le prestazioni di svariate piattaforme hardware, che vanno dai sistemi embedded ai supercomputer; Sourcery G++ è un ambiente di sviluppo software basato sulla toolchain Gnu e rappresenta una delle scelte preferite per ingegneri del software, produttori di sistemi operativi e aziende di semiconduttori. Sourcery VSIPL++ è un toolkit per l’elaborazione parallela di segnali e di immagini, consente di incrementare le prestazioni e di migliorare la produttività delle applicazioni radar, sonar e di imaging. Le attività acquisite da CodeSourcery verranno integrati all’interno del gruppo di Mentor Embedded proseguendo nella propria politica di espansione del team di sviluppo OSS che l’anno scorso ha comportato, tra l’altro, l’acquisizione di Embedded Alley. L’offerta della Divisione Embedded Software di Mentor Graphics comprende la famiglia di prodotti e servizi Mentor Embedded, composta sia da strumenti e Intellectual Property per il software embedded, sia da servizi di consulenza. Questi ultimi consentono agli sviluppatori di sistemi embedded e ai partner produttori di silicio di ricevere assistenza per l’ottimizzazione dei propri prodotti, sia in termini di efficienza progettuale che sotto il profilo dei costi.
