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沒什么能比具有爭議性的問題更能激發(fā)各種觀點和討論。 了解電路板布線專業(yè)人員的未來本身就是一個重要的問題，但如果是暗示這些設計工程師需要“繼續(xù)前進”，則是另外一回事。這其實是指一個正在收縮的設計領域，而在一個快速發(fā)展的技術產(chǎn)業(yè)中，說起熵的概念總是讓人心煩意亂。 請注意問題里面說的是“專業(yè)人員”，而且要明確的是，這關系到對本專業(yè)目前的觀點以及需要進行怎樣的改革。因此，這里真正值得關心的，是工作在孤立設計環(huán)境中的專家級電子產(chǎn)品設計人員未來的可持續(xù)發(fā)展，特別是那些專門從事 PCB 設計的人員。 當從整體上把握行業(yè)以及其發(fā)展方向的時候，這個概念就不像是第一眼看到的那樣了。隨著技術飛速的發(fā)展，工程師的工作方式以及他們使用的工具正在努力與毫不妥協(xié)的變革保持步伐的一致。正是這些技術的發(fā)展以及那些使用電子產(chǎn)品人員的各種需求，制定了如何完成設計的時間表，并確定了未來的發(fā)展方向。 對板級設計工程師而言，這條路主要是由圍繞 PCB 的技術發(fā)展來決定的。這可最終決定電路板設計的功能及物理特性，以及用來實現(xiàn)這些屬性所需要的材料、技術與設計工具。如果 PCB 的目標和格式有所改變，它們的設計方法也必將改變。 PCB 的發(fā)展方向？ 目前從狹義角度上講，PCB 設計與構(gòu)造的大多數(shù)根本趨勢還必將持續(xù)下去。 消費與工業(yè)行業(yè)將繼續(xù)推動對更智能以及更小巧產(chǎn)品的需求。那些產(chǎn)品中使用的電子器件將在提供更多高級功能的同時，變得更加小巧。用來連接這些部件的 PCB 也將不斷變小，以便從整體上調(diào)節(jié)緊湊型用戶功能外殼的容量。 這里不會有太多的驚喜，而且這些趨勢可對高級 PCB 技術的發(fā)展產(chǎn)生直接影響，比如柔性板、微孔、高密度互連系統(tǒng)以及高密度布線。僅此而言，似乎 PCB 專業(yè)人員的未來就是進一步提高他們的技能，掌握新的電路板設計技術及工藝。這和以電路板為重點的老路沒有什么兩樣。 然而，當你退后一步，用更加宏觀的視角來審視這些變革的時候，就會覺得更為現(xiàn)實了。這種觀點就是考慮整個產(chǎn)品的設計，而并非僅僅延續(xù)電路板設計的傳統(tǒng)思維，不再是通過局限在 PCB 上的觀點來審視整個電子產(chǎn)品的發(fā)展。 比如，實現(xiàn)更小型產(chǎn)品的變革主要是由半導體技術的發(fā)展推動的，而 PCB 技術和工藝只是進行了相應的適應性發(fā)展。采用高密度封裝的大規(guī)模器件會繼續(xù)在提供更多功能的同時，減少對芯片支持的要求，進而減少器件數(shù)以及板級連接的數(shù)量。從這種意義上講，PCB 設計將日益簡化。 如 FPGA 等可編程器件帶來的革命引入了“軟”硬件設計以及可編程 SoC 方法，將這場變革推向了新的高度。這種變革可降低非重復性工程 (NRE) 成本，并提高設計的靈活性，由于將大量物理硬件轉(zhuǎn)移到了可編程邏輯的“軟”領域中，因而還可進一步降低電路板的復雜性。 可編程器件的推廣，以及對軟件定義設計 IP 的的重視度不斷提高，全面轉(zhuǎn)向軟設計的狀況已經(jīng)日益凸顯。其結(jié)果是硬件將不再擔任產(chǎn)品設計中的主導因素。板級設計正日益簡化，并更加模塊化，同時物理配置、連接性以及構(gòu)造也可由其它設計因素來主導。 其它因素的一個影響實例是 FPGA 的連接性。FPGA 的一個獨特之處是器件引腳配置本身就具有可編程性。從傳統(tǒng)意義上講，這正是讓電路板布線工程師煩惱之處。他們不僅要扇出數(shù)以百計的高密度封裝器件的引腳，而且還要處理在獨立 FPGA 設計領域中確定（和改變）的數(shù)以百計的引腳分配。 從單純的 PCB 設計角度來看，這可提高設計復雜性。不過從更加全面的視角來看，當 PCB 與 FPGA 設計協(xié)同工作時，可變器件引腳也可成為一種優(yōu)勢。更具體地說，PCB 設計人員可以重新布置 FPGA 引腳配置，簡化布線，而且這些變更可直接反映到 FPGA 設計領域，布局布線工具可自動重構(gòu) FPGA，以便與之匹配。 電路板的設計再度得到簡化，在這種情況下又牽扯到另一個領域。在完全連接的 PCB-FPGA 設計環(huán)境中，這個過程是可以變化的，在該環(huán)境下甚至可通過移動 FPGA 可編程結(jié)構(gòu)中有問題的布線路徑，將這項工作推向新高。FPGA 布置及布線工具可解決電路板布線的各種技術難題，但只有 在PCB-FPGA 開發(fā)工作處于同一設計環(huán)境中，并使用統(tǒng)一共享設計數(shù)據(jù)模型的時候才可實現(xiàn)。 雖然這些概念已極具吸引力，可編程邏輯所提供的革命性機遇還將隨著技術專利的到期而進一步拓展。請設想一下當處理器等硬件器件在其結(jié)構(gòu)中整合了一定程度的可編程邏輯的設計可能性。 這樣一來，現(xiàn)在就可通過編程來決定如何將處理器與設計的其它部分進行連接與接口連接。通過對該器件進行編程，可以根據(jù)您的具體應用需要，納入支持器件與外設，并與傳統(tǒng) FPGA 一樣，可針對電路板布線對引腳配置進行優(yōu)化，從而可減少電路板上的部件數(shù)，簡化互連路徑。 不用花太多的功夫，就可將這個概念帶入一個應用環(huán)節(jié)，在該環(huán)節(jié)上，可對設計中的每個器件進行配置，使其與其它器件實現(xiàn)接口連接。這樣就只需要簡單、直接的電氣互連，以及器件高效地接插就可以了 —— 或許甚至能更直接。 當從邏輯上走到這個極端時，電路板設計就可恢復到實施對電子器件與機械部件的物理支持。電路板上的電氣路徑數(shù)量將寥寥可數(shù)，其屬性與外形將完全由機械考慮因素來決定。未來“電路”板可能會在 MCAD 空間中輕松地進行設計。 未來其他方面的發(fā)展也必將促使具有大量連接的 PCB 的傳統(tǒng)觀點的消亡。諸如 LCD 屏、嵌入到產(chǎn)品外殼上的按鈕、可配置導電塑料，乃至負責所有布線工作的專用可編程器件等電子組件，很可能會降低“純”電路板設計的重要性。 敢于接受變革 您可以看到這一切是在向哪個方向發(fā)展。未來產(chǎn)品的電路板將以各種陌生的形式出現(xiàn)，可能會消除大量的連接，但其開發(fā)肯定會從根本上受到其他領域的影響，甚至被其他領域主導。 向可編程邏輯的轉(zhuǎn)變簡化了電路板設計，使得電路板的外形交由產(chǎn)品的機械設計決定，并將電氣配置交由軟件開發(fā)定義。物理電子硬件日益簡化，不再決定產(chǎn)品設計的獨特與差異化因素。相反，應用軟件以及運行應用軟件的軟硬件將定義當前以及未來設計（獨特 IP）的核心部分。 總的來說，隨著設計專業(yè)的相互滲透與融合，高度專業(yè)化的孤立電子產(chǎn)品設計人員正迅速采用極其簡便的通用設計方法。注意這里的重點是“孤立”。專業(yè)人員的技能是高價值的，但再也不能作為電子開發(fā)中的孤島而存在了。電子設計不再沿著這條路發(fā)展。 那么 PCB 設計本身會不復存在嗎？當然不會。但是，隨著可編程部件的廣泛應用以及外部影響繼續(xù)主導電路板設計，它將發(fā)生根本性的變革。將這個工作當作獨立的工藝來對待并覺得這個領域應該自成一派的專業(yè)從事 PCB 設計的設計人員的未來就不敢保證了。 隨著設計領域的傳統(tǒng)界限日漸模糊以及產(chǎn)品開發(fā)性質(zhì)的變化，應該將板級設計視為一體化的整體過程的組成部分，而不應自成一體。各個專業(yè)之間高效、透明的設計協(xié)作目前來說非常重要，但隨著電子設計由零散逐步走向一體化，很快就會變得不可或缺。這就意味著工程師需要技能，并能夠摸索和影響設計過程中的陌生環(huán)節(jié)，從一開始就要考慮最終用戶體驗應該是什么樣子的。 通向未來的道路 那么，作為一名板級工程師，是不是就需要硬著頭皮接受神秘難懂的硬件描述語言 (HDL) 的廣泛培訓，才能在設計中處理可編程硬件呢？當然不是。進行新技能培訓，進入其它設計領域，可能會令人望而生畏，覺得不符合實際，不過，只有當你以傳統(tǒng)的眼光看待這些領域，將其看作高度專業(yè)、獨立的工藝的時候才會是這樣的。 答案的關鍵就在于采用既可將設計工藝抽象到一個新的高度，同時又能自動處理各底層復雜性工作的設計解決方案。當這些系統(tǒng)成為使用統(tǒng)一設計數(shù)據(jù)的一體化設計環(huán)境的組成部分時，進入其它設計領域工作就將成為現(xiàn)實。 接下來設計工程師便可以充分發(fā)揮其現(xiàn)有的技能，以系統(tǒng)設計人員的身份進行工作，而不再是自成一派的專家。以 FPGA 設計為例，使用電路原理圖輸入或者圖形信號流的高級設計流程可以幫助工程師使用他們現(xiàn)有的硬件技能來開發(fā)或者修改嵌入式軟硬件。這是諸如整個 PCB-FPGA 領域中 FPGA 引腳重新分配等合作過程的又一個新的發(fā)展階段。 此外，高級設計系統(tǒng)還可進一步拓展應用軟件開發(fā)人員的協(xié)作與影響。如果設計系統(tǒng)可提供用于處理嵌入在 FPGA 中的復雜底層硬件的軟件應用層與驅(qū)動，軟件開發(fā)人員便可使用普通硬件設計技能來創(chuàng)建運行其應用的整套 SoC 系統(tǒng)。 這里的主旨是：當先進的高級設計流程存在于統(tǒng)一產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境中的時候，所有工程師均可拓展其現(xiàn)有的技能，輕松與過去不熟悉的設計領域協(xié)作并深入其中工作。然后可充分發(fā)揮并發(fā)展其現(xiàn)有工程設計天賦，幫助他們不斷朝著基于一體化系統(tǒng)的電子產(chǎn)品設計方向發(fā)展。 要實現(xiàn)這個目標，關鍵在于設計環(huán)境要從根本上覆蓋所有的設計領域，并針對所有的設計數(shù)據(jù)使用統(tǒng)一模型。值得注意的是，這和僅僅通過彼此傳遞數(shù)據(jù)相互連接在一起的“集成”設計應用方式有著本質(zhì)的區(qū)別。 采用常規(guī)方法，更高層次的設計抽象概念可能會使特定領域的設計更容易接受，但在將專業(yè)數(shù)據(jù)傳遞至其它領域的時候，只會增加總體設計的復雜性。因此，只有在采用統(tǒng)一設計數(shù)據(jù)，并能夠貫穿整個設計流程的情況下，高級設計系統(tǒng)才會變得實用。 簡言之，有了合適的設計系統(tǒng)，所有的硬件級工程師都會擁有無限光明的前景，其中包括那些現(xiàn)在正專門從事 PCB 設計的專業(yè)人士。不過，這個“不過”很重要，只有在電子產(chǎn)品設計領域中的變革被認可、被接受的情況下，才會如此。這些變革預示著一種根本性的變革方向：以“軟”為中心的設計、物理（與可編程相比）硬件重要性降低，同時所謂傳統(tǒng)設計領域的互動性將顯著提高。 通過在單一設計環(huán)境中采用可提升設計流程抽象水平的系統(tǒng)，工程師可擴展其現(xiàn)有的技能，以實現(xiàn)與其他工程師的協(xié)作，甚至可以深入對方領域中進行工作。 至少，結(jié)果表明：一個真正的協(xié)作的設計環(huán)境能夠最大限度地提高工程設計天賦并可提升設計能力。從廣義上講，它可使專業(yè)級設計人員打破傳統(tǒng)孤立的樊籬，進行創(chuàng)新。而正是這種能力才可實現(xiàn)創(chuàng)新，才能夠作為創(chuàng)新設計過程中的組成部分自由地“尋求生產(chǎn)力”，這種能力并將為傳統(tǒng) PCB 設計專業(yè)人員的未來保駕護航。 |
