IMS Institut für Mikroelektronische Systeme Universität Hannover 26.01.1999 # 1 Lust oder Leid?...

IMS

Institut für Mikroelektronische SystemeUniversität Hannover 26.01.1999

# 1

Lust oder Leid?

Erich Barke

Die Entwicklung der EDA in Deutschland

IMS


# 2

Inhalt

• Zur Bedeutung von EDA• Der EDA Markt und Rolle Europas• Lernen aus der Geschichte• Gibt es Hoffnung?

IMS


# 3

Inhalt


IMS


# 4

Bausteine des Mikroelektronik-Erfolgs

Know How

Entwurfsfähigkeit

MethodikWerkzeugeBibliothekenModelleEntwurfsregeln

Prozesstechnologie

Schaltungs- und System-

IMS


# 5

EDA ist strategisch!

Nur mit EDA wird es gelingen

• die Schaltungskomplexität zu bewältigen,

• die Entwurfsproduktivität im erforderlichen Maße zu steigern,

• die Entwurfsqualität zu verbessern.

IMS


# 6

Inhalt


IMS


# 7

EDA Marktanteile 1998

Quelle: CAD/CAM Publishing

Marktvolumen: $ 2,6 Mrd. (Lizenzeinnahmen)

Cadence26,7%

Synopsys16,6%

Mentor10,7%

Andere40,0%

Avant!6,0%

IMS


# 8

IMS


# 9

Wie Mentor wurde, was es istCaeco

Mentor

CAESystem s

Tektronix CAE

VRI

M icrotecAnacad

EES

MetaSystem s

Seto

Caedent

Checklogic

CAD I

3Soft

AXIOM

EDC

SDL

SDS

SCI

DesCartes

Exem plar Parade

Precedence

Trimeter

CoSoft

MTIZeelen

Contour

Perform ance CAD

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# 10

Der EDA-Markt in Europa

• Ein relativ großer Markt(20% des gesamten Marktvolumens)

• Dominiert durch amerikanische Firmen• Eine geringe Zahl (mehr oder weniger) erfolgloser

europäischer Firmen mit einem verschwindend kleinen Marktanteil (weniger als 10% in Europa)

• Dominanz der amerikanischen Firmen nimmt durch Aufbau von F&E-Aktivitäten in Europa weiter zu(Mentor, Synopsys, Compass, Cadence)

IMS


# 11

Aufstieg und Fall europäischer EDA-Firmen

IMS


# 12

Inhalt


IMS


# 13

Die vier Phasen der EDA-Geschichte:Mentor Umsätze

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100

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400

500

600

1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997

Mio

.$ .

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4

NeueHeraus-

forderungenHarte Zeiten

Goldrausch

Urzeit

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4

NeueHeraus-

forderungenHarte Zeiten

Goldrausch

Urzeit

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# 14

Die vier Phasen der EDA-Geschichte: EDA F&E in Europa

Phase Zeitraum EDA-Industrie Fokus

1 1965-1983Urzeit

Calma, Computervision, NCASimulation

2 1983-1989Goldrausch

Daisy, Mentor, Valid

Plazierung und

Verdrahtung

3 1989-1995Harte Zeiten

Cadence, Mentor, SynopsysSynthese

4 1995-Neue Herausforderungen

Services, Design, IPVerifikation

IMS


# 15

Phase Zeitraum EDA-Industrie EDA-F&E in Europa

1 1965-1983 Urzeit Lust

2 1983-1989 Goldrausch Bewegung

3 1989-1995 Harte Zeiten Leid

4 1995-Neue

HerausforderungenHoffnung

Die vier Phasen der EDA-Geschichte

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# 16

Urzeit: SPICE Benutzeroberfläche

IMS


# 17

Lust: Der direkte Draht zur Industrie

Interne CAD-Abteilung

System- und Halbleiterfirmen

Universitäten

EDA-Firmen

IMS


# 18

Lust: EDA-Pioniere in Europa

• Prozeß- und Devicesimulation (TH Aachen)• Analog EDA (KU Leuven, CSEM)• Standardzellen Plazieren & Verdrahten (IMEC)• Synthese (INPG)• Test (INPG)• Formale Sprachen (U Edinburgh)• Formale Verifikation (Brunell U)

IMS


# 19

Der Goldrausch beginnt: Neue Tools

IMS


# 20

Goldrausch: DAISY Benutzeroberfläche

IMS


# 21

IMS


# 22

Bewegung

IMS


# 23

Bewegung: ESPRIT- Förderung für EDA

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83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

Plan

Ist

Personen

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# 24

Was die Förderung bewirkt hat

• Eine Menge Geld verteilt• Viel Geld verschwendet• Nur wenige Erfolgsgeschichten

(Racal-Redac, Anacad, EDC)• Eine Menge Fehlschläge (VENUS, JESSI AC1, AC8)• Unmittelbare Förderung von Produktentwicklung als

Starthilfe für eine europäische EDA-Industrie• Die Rolle von Konsortien• EURO CHIP und EUROPRACTICE

IMS


# 25

Leid: Das zerschnittene Band

Interne CAD-Abteilung

System- und Halbleiterfirmen

Universitäten

EDA-Firmen

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# 26

Das zerschnittene Band zwischenIndustrie und Universitäten

• „Make or Buy“ wurde entschieden.

• Produktentwickler arbeiten nicht mit Universitäten zusammen.

• EDA-Forschung erfolgt durch Computerfachleute.

• Forscher lieben das wirkliche Leben nicht.

• Eine EDA-Industrie als „natürlicher“ Partner der Universitätengibt es in Europa nicht (und wird es nicht geben).

• Es ist schwer mit amerikanischen Firmen zusammenzuarbeiten.

• Es gibt keine Fördermittel mehr (?).

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# 27

Leid: Ein Blick von außen

It has become increasingly difficult for even the major academic institutions and research laboratories to find longterm support for basic research activities... One is led to the conclusion that the bulk of European general management does not believe that fundamental research in this area is of long-term strategic importance... There is no sign that Europe has developed, or is developing, the infrastructure needed to benefit efficiently from investments in this field either. In fact, it has most of the same characteristics as the EDA experience of earlier times.

A. Richard Newton, UC BerkeleyAndrzej J. Strojwas, CMU

Quelle: SRC White Paper on the Status of Design Technology for integrated Electronic Systems in Europe, 1995.

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# 28

Inhalt


IMS


# 29

Hoffnung! Europäische Stärken bei EDA

• Prozeß- und Devicesimulation (Wien, Zürich, Bologna)• Analog-CAD ( Leuven, Sevilla, Lissabon, Kaiserslautern,

München, Hannover)• Plazierung (München)• High-Level-Synthese (Grenoble, Leuven, Karlsruhe,

Kaiserslautern, Dortmund)• Formale Verifikation (Cambridge, Edinburgh, Brunell

Karlsruhe, Darmstadt)• HW / SW Codesign (Braunschweig, Karlsruhe)

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# 30

Hoffnung? Europäische Schwächen• Große Firmen kaufen bei großen Firmen.• Große Firmen sind zu unbeweglich für die Dynamik

des EDA-Marktes.• An den Universitäten existiert zu wenig Design-Erfahrung.• Europäer sind zu technikverliebt und vernachlässigen

das Marketing.• Europäer sind wenig risikofreundig, es gibt wenig „Entrepreneure“.• Europa hat kein Silicon-Valley.• Europa hat keine Wagniskapitalkultur.• Europäer haben wenig Gefühl für das richtige Produkt

zur rechten Zeit.

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# 31

„Alles, was ich brauche kann ich beiMentor, Cadence, Synopsys,... kaufen.“

Ja, aber, EDA-Firmen haben:

• keinen Fokus auf Europa• begrenzte F&E Ressourcen• begrenzte Technologie- und Fertigungskenntnisse• begrenzte Anwendungskenntnisse

Wozu denn auch EDA F&E in Europa?

IMS


# 32

Warum ist EDA anwendungsspezifisch?

Optimierungskriterien beim Entwurf:

• Chipfläche High Volume, z.B. Speicher.

• Performance Leading Edge, z.B. Controller.

• Entwurfszeit Time to Market, z.B. Consumer.

• Wiederverwendbarkeit High Complexity, z.B. Telecom.

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# 33

Was ist in Europa anders als anderswo?

• Europäische Schaltungen und Systeme sind traditionell „schwierige Entwürfe“.

– Mixed Signal (Telecom, Automotive)– Low Power (Consumer, Mobile, Chip Cards)– Embedded Systems (Telecom, Multimedia, Chip Cards)– Safety Critical Systems (Automotive)

IMS


# 34

Sinnvolle Arbeitsteilung

• System- und Halbleiterfirmen entwerfenSchaltungen und Systeme.

• EDA-Firmen entwickeln Entwurfswerkzeuge.• Universitäten forschen in Algorithmen und

Datenstrukturen, um Entwurfswerkzeugeentwickeln zu können.

IMS


# 35

Hoffnung: Trinity für kurz- undmittelfristige Projekte

Anforderungen AlgorithmenPrototypen

Werkzeuge

Universitäten

EDA-FirmenSystem- und

Halbleiterfirmen

IMS


# 36

SIA (Semiconductor Industry Association)über Notwendigkeiten bei EDA

Better understanding of the problem; increasedinvestment; and improved coordination betweenuser companies, universities, and EDA supplierswill be essential to provide the new sets of toolsand techniques.

The National Technology Roadmap for Semiconductors 1995-2010

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# 37

BMBF-Verbundprojekt PARASITICSParasitäre Effektein integrierten Schaltungen

aiss • Bosch • Cadence • IBM • Incases • IMST • LFIOptEM • Philips • Siemens • SNI • TEMIC • ZMD

SSESmart System-Engineering

Erich Barke • IMS/Uni Hannover Berlin • 25.06.1998• Folie 13

Kooperation in PARASITICSTrinity bei Deep-Sub-µ-Layoutextraktion

EDA-Firmen"Anbieter"

Kommerzialisierer

Universitäten, Institute"Forscher"

Erfinder

System- und Halbleiter-Firmen"Nutzer"

Evaluierer Spezifizierer

Cadence Uni Hannover

Siemens, Bosch, Philips, ZMDWerkzeuge:

DFII, SALVE/Vampire

Anforderungen:

- Komplexitätsbeherrschung- Aufwandsreduktion

Algorithmen,Prototypen:

- Selektion- Reduktion- Parallelisierung

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# 38

IMS


# 39

Hoffnung: Focus Center für langfristige Themen

• Konzentration von Ressourcen• Sicherstellung von Kontinuität• Fokussierung auf kritische Themenstellungen• Neue Finanzierungsmodelle• Schließen der Lücken bei langfristiger Forschung

IMS


# 40

Focus Center Research Program

What is the Problem?u Reduced Funding for Semiconductor Research From

All Traditional Sources

u Emphasis by Industry on “Short- term” Research

u Lack of “Critical Mass” on Priority Topics

u Industry- Funded University Environment Doesn’tNurture Long Range Research

u Lack of Synergy Among University Researchers

u No Clear Directive to Develop New Concepts andInvestigate Radical Alternative Methodologies

IMS


# 41


N N+1 N+2 N+3 N+4

Incre

asi

ng R

isk

Incre

asi

ng C

ost

of R

esea

rch

Industry• Largely company specific• Product emphasis

SRC• Narrow technology

choices• Identify path to

commercialization• Emphasize technology

transfer• Student emphasis• Customer fee allocation

SEMATECH &SUPPLIERS

• Largely tool specific• Manufacturing Efficiency• Industry standards

Product Generation

RESEARCH GAP

Development

Exploratory ResearchApplied Research

98 01 04 07 10 13Semiconductor Research Gap

• Bell Labs• IBM Research• GE Research

Greatly ReducedActivity in SiliconSemiconductor

Research

INDUSTRIAL LABS

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# 42


What is the Solution?

The Focus Center Research Programcombines funding from the ICmanufacturers (SIA), their suppliers(SEMI/SEMATECH), and the government(DoD) with the common goal ofaddressing the long range research need.

IMS


# 43


N N+1 N+2 N+3 N+4

Incre

asi

ng R

isk

Incre

asi

ng C

ost

of R

esea

rch

Industry• Largely company specific• Product emphasis

SRC• Narrow technology

choices• Identify path to

commercialization• Emphasize technology

transfer• Student emphasis• Customer fee allocation

FOCUS CENTERS• Expand knowledge base• Create new choices• Fund university facilities &

equipment

SEMATECH &SUPPLIERS

• Largely tool specific• Manufacturing Efficiency• Industry standards

Product Generation

8 - 12 yr impact

Industry

Industry

SEMATECH

SEMATECH

SRC

SRC

FCRP

FCRPFCRPSRC

Solution to Research Gap98 01 04 07 10 13

IMS


# 44


u Combined funds provide adequate resources forselected critical areas

u Focus Center provides “critical mass” and synergyamong university researchers

u University program run by a University Directoroptimizes chance of producing the rightenvironment for long range research

u Separating program from SRC & SEMATECHpermits focus on new concepts and radicalalternatives

u DARPA brings experience in long-range researchmanagement

Advantages of this arrangement

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# 45

Focus Center Research ProgramTwo Centers Selected

Design and Test- Prof. Richard Newton, Director

Interconnect- Prof. James Meindl, Director

Stanford

UC - Berkeley

MIT CMU Princeton Michigan UCLA UC-SantaBarbara

UC-SanDiego

UC-SantaCruz

Stanford

Georgia Tech

MIT SUNY-Albany RPI Cornell

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# 46

Focus Center Research ProgramCritical Roadmap Barriers

uFocus Center Alternatives-4Design and Testr Process Integration, Devices, Structuresr Front End Processesr Lithography4 Interconnectr Factory Integrationr Assembly and Packaging

uCrosscut Center Alternativesr ES&Hr Defect Reduction r Metrologyr Modeling & Simulation

- Plenty of Problems Left -99 Roadmap Will Probably Rewrite This List

IMS


# 47

Focus Center Research ProgramProposed Funding Plan Approach

THE EXPERIMENT:Start two centers.Check to see if youlike it after two years.If so, continueand start twomore centers.

$2M $8M $12M $28M $32M $48M $56M $60MTOTAL

98 99 00 01 02 03 04 05

DESIGN & TEST

INTERCONNECT

FOCUS CTR # 3

FOCUS CTR # 4

FOCUS CTR # 5

FOCUS CTR # 6

$1M $4M $6M $10M $10M $10M $10M $10M

$1M $4M $6M $10M $10M $10M $10M $10M

$4M $6M $10M $10M $10M

$4M $6M $10M $10M $10M

$4M $6M $10M

$4M $6M $10M

f1-EVALUATION

IMS


# 48

Meine geheime Wunschliste

• Produktentwickler sollten mehr zum Thema Methodikund Werkzeuge beitragen.

• CAD-Abteilungen sollten mehr an übermorgen denken. • System- und Halbleiterfirmen sollten mehr Geld für

EDA ausgeben.• Universitäten sollten sich mehr den Wünschen

der Industrie öffnen.• Regierungen sollten verstehen, daß EDA sehr

forschungsintensiv ist und kontinuierlicherFörderung bedarf.

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# 49

Die eigentlichen

EDA-Herausforderungen

liegen noch vor uns !

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