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利用最新開發的軟件技術可以完成高效的并行電路板設計。這種新的技術能使多個設計師、多個進程和不同種類的工具同時工作于同一個設計數據庫，并能顯著地提高設計生產力。 與將設計分成若干部分并獨立地完成各個部分的傳統方法不同，此新技術能在一個公共數據庫上創建并行進程，并能自動同步進程的變化、解決相互間可能發生的沖突。這在EDA行業是首創。 自從20世紀90年代在電路板設計中廣泛采用CAD以來，制造領域通過自動化和工藝優化手段一直在不斷地提高設計生產力。不幸的是，隨著電路設計軟件技術的不斷創新，要求支持新的信號、元器件或板級制造技術的呼聲也在日益高漲，因此整個設計時間幾乎沒有縮短(甚至更長)。 如果設計方法學沒有根本性改變的話，軟件將始終扮演硬件技術的跟隨者角色，而不會成為發展曲線上的領先者。多位工程師從事同一設計的并行工程技術一直是生產力突破的有效法寶。傳統的分而治之法將設計分成若干個部分并分配到各個工程師手上，最后把各個部分聯接起來，并通過強制措施(根據預先定義好的規則自動做出決定)或巧妙手段(讓工程師逐個解決沖突)解決所有的沖突。 這種方法對于電路的原理圖設計來說是相當有效的，因為它可以根據功能直接把設計分割成多個模塊和頁。雖然如此，但這種方法仍需要相當多的人工操作才能解決模塊間的互連問題，如信號名沖突、元件遺漏等等。只要設計師相互間看不到對方在做什么，上述這些失誤就很有可能發生。 如果一個并行設計方法允許多個設計師能夠在同一時間同時做同一個設計，能看到其他設計師做的編輯內容，能實時自動地管理各種潛在的沖突，那么這種并行設計方法才能獲得最佳的靈活性和生產力。 1 并行設計架構 新的并行設計技術需要在網絡環境中運行的一個設計進程管理器(服務器)和多個設計客戶端。服務器軟件的主要工作是從每個客戶端接收更新請求，并對請求實施檢查以確保沒有違反設計規則，然后根據更新內容使每個客戶端同步。 每個客戶端必須擁有自己專用的處理器和存儲器。新的并行設計架構還假設通信系統能夠支持客戶端與服務器之間實時高效交換信息所需的最小帶寬和最大延時。每個客戶端都能看到整個設計，并在服務器處理它們時觀察到其它客戶端的編輯。設計數據庫允許存儲于網絡上的任何地方。 這種并行設計架構允許多個設計師同時做同一個設計，而無需以邏輯或其它任何方式分割設計。這是一個真正實時的合作設計環境，在這種環境下所有與分割邊界以及分割-聯接操作期間管理數據完整性相關的問題都不會出現。 由于多個設計師能夠以并行方式無任何限制地做同一個設計，因此能夠顯著地縮短整個設計周期。 每個設計都有相關的設計團隊，只有團隊的成員才被允許訪問設計數據。任何一個團隊成員都能在服務器和單個客戶端上啟動一個設計會議。其它客戶端可以在任何時候參與該會議。 設計最開始時是裝載在服務器上的，當客戶端加入會議并將服務器設計的當前狀態自動下載到客戶端的存儲器內后，客戶端就得到初始化并獲得同步。一旦客戶端加入設計會議，它就可以使用應用程序中可用的標準編輯工具對設計進行編輯。 編輯事件是由客戶端發起的一項獨立活動，它作為一個更新請求發往服務器。例如將一個器件從A點移動到B點就組成了一個編輯事件，事件的開始是選取器件，事件的結束是以鼠標點擊(或等效的輸入)指示新位置。編輯事件作為一個事務處理被發往服務器，它描述了要刪除的東西和要添加的東西。 每次客戶端產生的編輯事件在發送到服務器之前必須先執行本地的設計規則檢查(DRC)，然后設置好編輯請求的優先級并根據先進先出的原則進入輸入消息隊列。服務器接收到編輯請求后先將它整合進設計數據庫，然后執行DRC。如果沒有發現什么問題，編輯請求就被批準，并通過輸出消息隊列發往所有客戶端，用于客戶內部核心數據庫的同步。 大多數計算時間花費在本地客戶端上。在客戶端目標對象被增加、編輯和刪除，同時執行所有與那些編輯相關的自動化操作(如推、擠和平滑)。與客戶端相比，服務器的負載相對要輕一些，因此不會影響到系統性能。對該環境的測試表明服務器的響應速度非常快，不會降低客戶端的速度。 2 電路板的自動布線 并行設計技術的第二個應用是電路板的自動布線。多年來分布式自動布線一直是電路板布線軟件的“強大武器”。以前IC布線器已轉換到分布式環境運行。然而，電路板布線問題有很大的不同，直到現在人們還是認為必須改編自動布線器才能充分利用多個計算機共同完成同一設計的優勢。軟件供應商和第三方工程師們在試圖獲得可接受的性能提升方面也作過多次嘗試，但都以失敗告終。 新的并行設計技術所采用的架構能夠解決分布布線環境下的大多數關鍵問題，它知道如何防止或解決沖突。同樣，服務器擔當設計進程管理角色，來自每個自動布線器客戶端的請求在服務器中被整合、檢查并廣播到其它客戶端。所有自動布線器客戶端保持同步，因此當在本地增加新的布線路徑時，布線路徑沖突的機率很小。 3 整合高效工具 由于電路設計是包含了眾多步驟和規則的一個過程，因此要想獲得優良的生產力，必須緊密地整合最高效的點式工具。在整個設計過程中數據和規則必須能順暢的流動。 在過去20年中，EDA工業發生了規模空前的合并和收購，結果軟件供應商的設計流程都依賴于眾多工具的整合。除此之外，大型公司要求眾多軟件供應商的工具能集成到自己獨特的設計流程中。 權宜之計是編寫一個接口，通過該接口將一個工具的ASCII輸出轉換成其它工具的ASCII輸入格式。照這樣做的話會生成上百個ASCII接口，每個接口用于克服常見的數據模型和規則不兼容問題。 這種整合方法的基本要求是所有應用必須擁有完全兼容的數據模型。每個應用程序處理數據時可能使用不同的工具和不同的自動化水平，但每個應用程序必須能夠接收改動并加以識別，從而知道下一步該做什么。 也可能使用并行設計技術整合某個應用以執行一組特定的任務，如創建、布局、布線和編輯嵌入式器件。如果這樣，那么那個應用程序就能被自動限制成只允許使用那些特定的功能。 4 電路和板設計 將并行版圖和并行整合所需的技術結合起來可以形成這樣的環境，即設計流程中的多個不同應用可以被整合在一起，并供多個設計師同時使用。 例如，原理圖設計、約束管理、版圖設計、三維機械設計仿真和制造等應用程序能以某種方式整合起來，從而允許所有這些應用程序被同步投入使用，同時在整個設計流程中更新和同步所有的編輯事件。甚至在混合環境中可能出現多個相似的應用，比如多個版圖工具。 由于多個應用程序在同時運行，工程師就能快速理解所增加路徑的信號完整性效應。如在蜂窩話機設計的三維機械系統中，器件在版圖中的移動能夠立即獲得更新和被檢查。 |
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“工程師在我心目中是一份光榮的職業，但是我身邊的人并不太認同我的理想。”小葉是某重點大學醫藥工程專業的09屆畢業生。談到眼前的就業問題，小葉感到猶豫：“班上很多同學打算選擇非工程類的工作，愿意繼續深造或在這領域發展的同學不多。” 工程師，曾經是許多學子夢寐以求的理想職業，如今，已漸漸褪去了頭頂上的光環。根據中國教育部發布的數據，在1997年至2006年期間，中國高校工科專業點減少了近一半；在美國，雖然大學招生人數達至歷年來最高，但工科學生的數字卻在過去的 25年中沒有顯著增長；在英國，盡管在上個世紀的最后10年中，大學中18歲學生的比例幾近翻倍，然而工科學生的報名及入學率卻下降了17%。 工程專業社會地位下降已是一個不爭的事實。2005年上海科協所做的公眾科學素養調查指出，只有21%的受訪者選擇“工程師”作為他們心中的最有聲望的職業，而選擇“科學家”的人數占了58.1%，選擇“醫生”的也有41%。工程師社會地位的下降，也直接導致了包括小葉在內的工科生群體的就業困惑，甚至開始“逃離工科”。 有專家曾警告說，如今中國制造業急需大批以工程師為代表的優秀技術人才加盟，以從根本上提高中國產品的質量、檔次，改善“中國制造”的形象，但中國學生競相“逃離工科”的嚴峻現實，有可能使這一愿望落空，從而使得中國工業走上日本的老路。 面對這樣的現狀，中國的工程教育者究竟該如何應對為好？ “優秀的工程師需要擁有創新的思維和過硬的技術知識”，電子與電氣工程師協會（Institute of Electrical and Electronic Engineers, 以下簡稱IEEE）中國理事會主席周孟奇教授解釋，“但更重要的是，他具有應用技術與創新解決實際問題的能力。關鍵是我們的工程專業教育需要走出課堂，更多地貼近企業、貼近生活，讓學生獲得更多樣的生活經驗和動手能力”。 事實上，工程專業高等教育的改革在中國已經在逐步執行了。教育部、國家發展改革委和科技部等六部委在2007年10月發文要求積極推進產學研合作教育，鼓勵高校與企業開展合作辦學，按照企業對人才的要求實行“訂單式”培養。工科在校學生要到企業去進行畢業實習和畢業設計，時間不少于6個月。同時，高校應該積極邀請企業專家兼課，派教師到企業學習。 其實，在教育部明確要求推動產學研合作教育之前，部分高校已經開始進行課程調整，并與企業合作建立研究所或培訓基地。成功的案例包括2002年北京大學與中國移動通信集團公司合作建立的“移動通信數據倉庫聯合實驗室”，以及2005年同濟大學與微軟公司合作共建的“微軟--同濟大學Windows移動及嵌入式中心。 “產學結合不僅能為學生提供實習鍛煉的基地，亦能讓企業有針對性地培養適合的人才。”周教授指出。此外，他建議有條件的高校還可以嘗試與外國政府、或高校團體合作，設立交換生計劃和建立海外實習基地，讓學生吸收外國先進的知識和技術，促進我國工程學教育與國外接軌。 除開政府和高校付諸努力之外，一些組織機構也在積極采取行動，以提高工程學的社會地位，培養并提高青年學生對于工程學科的興趣。比如周教授所在的電子電氣工程師專業協會，就專門推出了一個面向18歲以下青少年的網站 www.tryengineernig.org，以期為年輕一代打開一扇了解工程學和工程師這個奧秘世界的窗口。同時，該協會還開設了一個專門向初高中教師介紹如何向孩子們解釋工程學概念的網站，寄望于通過老師們的生動傳授，幫助孩子們認識到工程師對于人類社會的巨大貢獻。 所有的這一切，都是為了讓年輕一代親近工科、熱愛工科、回歸工科。對于一個擁有寵大的工科生群體和同樣寵大的工程師需求的發展中國家來說，這項任務尤為艱巨，也最為緊迫。 作者為電子電氣工程師協會（即IEEE）主席 |
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