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利用最新開發(fā)的軟件技術(shù)可以完成高效的并行電路板設(shè)計(jì)。這種新的技術(shù)能使多個(gè)設(shè)計(jì)師、多個(gè)進(jìn)程和不同種類的工具同時(shí)工作于同一個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，并能顯著地提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)力。 與將設(shè)計(jì)分成若干部分并獨(dú)立地完成各個(gè)部分的傳統(tǒng)方法不同，此新技術(shù)能在一個(gè)公共數(shù)據(jù)庫上創(chuàng)建并行進(jìn)程，并能自動(dòng)同步進(jìn)程的變化、解決相互間可能發(fā)生的沖突。這在EDA行業(yè)是首創(chuàng)。 自從20世紀(jì)90年代在電路板設(shè)計(jì)中廣泛采用CAD以來，制造領(lǐng)域通過自動(dòng)化和工藝優(yōu)化手段一直在不斷地提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)力。不幸的是，隨著電路設(shè)計(jì)軟件技術(shù)的不斷創(chuàng)新，要求支持新的信號(hào)、元器件或板級(jí)制造技術(shù)的呼聲也在日益高漲，因此整個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)間幾乎沒有縮短(甚至更長)。 如果設(shè)計(jì)方法學(xué)沒有根本性改變的話，軟件將始終扮演硬件技術(shù)的跟隨者角色，而不會(huì)成為發(fā)展曲線上的領(lǐng)先者。多位工程師從事同一設(shè)計(jì)的并行工程技術(shù)一直是生產(chǎn)力突破的有效法寶。傳統(tǒng)的分而治之法將設(shè)計(jì)分成若干個(gè)部分并分配到各個(gè)工程師手上，最后把各個(gè)部分聯(lián)接起來，并通過強(qiáng)制措施(根據(jù)預(yù)先定義好的規(guī)則自動(dòng)做出決定)或巧妙手段(讓工程師逐個(gè)解決沖突)解決所有的沖突。 這種方法對(duì)于電路的原理圖設(shè)計(jì)來說是相當(dāng)有效的，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)功能直接把設(shè)計(jì)分割成多個(gè)模塊和頁。雖然如此，但這種方法仍需要相當(dāng)多的人工操作才能解決模塊間的互連問題，如信號(hào)名沖突、元件遺漏等等。只要設(shè)計(jì)師相互間看不到對(duì)方在做什么，上述這些失誤就很有可能發(fā)生。 如果一個(gè)并行設(shè)計(jì)方法允許多個(gè)設(shè)計(jì)師能夠在同一時(shí)間同時(shí)做同一個(gè)設(shè)計(jì)，能看到其他設(shè)計(jì)師做的編輯內(nèi)容，能實(shí)時(shí)自動(dòng)地管理各種潛在的沖突，那么這種并行設(shè)計(jì)方法才能獲得最佳的靈活性和生產(chǎn)力。 1 并行設(shè)計(jì)架構(gòu) 新的并行設(shè)計(jì)技術(shù)需要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行的一個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)程管理器(服務(wù)器)和多個(gè)設(shè)計(jì)客戶端。服務(wù)器軟件的主要工作是從每個(gè)客戶端接收更新請(qǐng)求，并對(duì)請(qǐng)求實(shí)施檢查以確保沒有違反設(shè)計(jì)規(guī)則，然后根據(jù)更新內(nèi)容使每個(gè)客戶端同步。 每個(gè)客戶端必須擁有自己專用的處理器和存儲(chǔ)器。新的并行設(shè)計(jì)架構(gòu)還假設(shè)通信系統(tǒng)能夠支持客戶端與服務(wù)器之間實(shí)時(shí)高效交換信息所需的最小帶寬和最大延時(shí)。每個(gè)客戶端都能看到整個(gè)設(shè)計(jì)，并在服務(wù)器處理它們時(shí)觀察到其它客戶端的編輯。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫允許存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)上的任何地方。 這種并行設(shè)計(jì)架構(gòu)允許多個(gè)設(shè)計(jì)師同時(shí)做同一個(gè)設(shè)計(jì)，而無需以邏輯或其它任何方式分割設(shè)計(jì)。這是一個(gè)真正實(shí)時(shí)的合作設(shè)計(jì)環(huán)境，在這種環(huán)境下所有與分割邊界以及分割-聯(lián)接操作期間管理數(shù)據(jù)完整性相關(guān)的問題都不會(huì)出現(xiàn)。 由于多個(gè)設(shè)計(jì)師能夠以并行方式無任何限制地做同一個(gè)設(shè)計(jì)，因此能夠顯著地縮短整個(gè)設(shè)計(jì)周期。 每個(gè)設(shè)計(jì)都有相關(guān)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，只有團(tuán)隊(duì)的成員才被允許訪問設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。任何一個(gè)團(tuán)隊(duì)成員都能在服務(wù)器和單個(gè)客戶端上啟動(dòng)一個(gè)設(shè)計(jì)會(huì)議。其它客戶端可以在任何時(shí)候參與該會(huì)議。 設(shè)計(jì)最開始時(shí)是裝載在服務(wù)器上的，當(dāng)客戶端加入會(huì)議并將服務(wù)器設(shè)計(jì)的當(dāng)前狀態(tài)自動(dòng)下載到客戶端的存儲(chǔ)器內(nèi)后，客戶端就得到初始化并獲得同步。一旦客戶端加入設(shè)計(jì)會(huì)議，它就可以使用應(yīng)用程序中可用的標(biāo)準(zhǔn)編輯工具對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行編輯。 編輯事件是由客戶端發(fā)起的一項(xiàng)獨(dú)立活動(dòng)，它作為一個(gè)更新請(qǐng)求發(fā)往服務(wù)器。例如將一個(gè)器件從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)就組成了一個(gè)編輯事件，事件的開始是選取器件，事件的結(jié)束是以鼠標(biāo)點(diǎn)擊(或等效的輸入)指示新位置。編輯事件作為一個(gè)事務(wù)處理被發(fā)往服務(wù)器，它描述了要?jiǎng)h除的東西和要添加的東西。 每次客戶端產(chǎn)生的編輯事件在發(fā)送到服務(wù)器之前必須先執(zhí)行本地的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)，然后設(shè)置好編輯請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)并根據(jù)先進(jìn)先出的原則進(jìn)入輸入消息隊(duì)列。服務(wù)器接收到編輯請(qǐng)求后先將它整合進(jìn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，然后執(zhí)行DRC。如果沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，編輯請(qǐng)求就被批準(zhǔn)，并通過輸出消息隊(duì)列發(fā)往所有客戶端，用于客戶內(nèi)部核心數(shù)據(jù)庫的同步。 大多數(shù)計(jì)算時(shí)間花費(fèi)在本地客戶端上。在客戶端目標(biāo)對(duì)象被增加、編輯和刪除，同時(shí)執(zhí)行所有與那些編輯相關(guān)的自動(dòng)化操作(如推、擠和平滑)。與客戶端相比，服務(wù)器的負(fù)載相對(duì)要輕一些，因此不會(huì)影響到系統(tǒng)性能。對(duì)該環(huán)境的測(cè)試表明服務(wù)器的響應(yīng)速度非常快，不會(huì)降低客戶端的速度。 2 電路板的自動(dòng)布線 并行設(shè)計(jì)技術(shù)的第二個(gè)應(yīng)用是電路板的自動(dòng)布線。多年來分布式自動(dòng)布線一直是電路板布線軟件的“強(qiáng)大武器”。以前IC布線器已轉(zhuǎn)換到分布式環(huán)境運(yùn)行。然而，電路板布線問題有很大的不同，直到現(xiàn)在人們還是認(rèn)為必須改編自動(dòng)布線器才能充分利用多個(gè)計(jì)算機(jī)共同完成同一設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。軟件供應(yīng)商和第三方工程師們?cè)谠噲D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(shè)計(jì)技術(shù)所采用的架構(gòu)能夠解決分布布線環(huán)境下的大多數(shù)關(guān)鍵問題，它知道如何防止或解決沖突。同樣，服務(wù)器擔(dān)當(dāng)設(shè)計(jì)進(jìn)程管理角色，來自每個(gè)自動(dòng)布線器客戶端的請(qǐng)求在服務(wù)器中被整合、檢查并廣播到其它客戶端。所有自動(dòng)布線器客戶端保持同步，因此當(dāng)在本地增加新的布線路徑時(shí)，布線路徑?jīng)_突的機(jī)率很小。 3 整合高效工具 由于電路設(shè)計(jì)是包含了眾多步驟和規(guī)則的一個(gè)過程，因此要想獲得優(yōu)良的生產(chǎn)力，必須緊密地整合最高效的點(diǎn)式工具。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)和規(guī)則必須能順暢的流動(dòng)。 在過去20年中，EDA工業(yè)發(fā)生了規(guī)模空前的合并和收購，結(jié)果軟件供應(yīng)商的設(shè)計(jì)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(yīng)商的工具能集成到自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)流程中。 權(quán)宜之計(jì)是編寫一個(gè)接口，通過該接口將一個(gè)工具的ASCII輸出轉(zhuǎn)換成其它工具的ASCII輸入格式。照這樣做的話會(huì)生成上百個(gè)ASCII接口，每個(gè)接口用于克服常見的數(shù)據(jù)模型和規(guī)則不兼容問題。 這種整合方法的基本要求是所有應(yīng)用必須擁有完全兼容的數(shù)據(jù)模型。每個(gè)應(yīng)用程序處理數(shù)據(jù)時(shí)可能使用不同的工具和不同的自動(dòng)化水平，但每個(gè)應(yīng)用程序必須能夠接收改動(dòng)并加以識(shí)別，從而知道下一步該做什么。 也可能使用并行設(shè)計(jì)技術(shù)整合某個(gè)應(yīng)用以執(zhí)行一組特定的任務(wù)，如創(chuàng)建、布局、布線和編輯嵌入式器件。如果這樣，那么那個(gè)應(yīng)用程序就能被自動(dòng)限制成只允許使用那些特定的功能。 4 電路和板設(shè)計(jì) 將并行版圖和并行整合所需的技術(shù)結(jié)合起來可以形成這樣的環(huán)境，即設(shè)計(jì)流程中的多個(gè)不同應(yīng)用可以被整合在一起，并供多個(gè)設(shè)計(jì)師同時(shí)使用。 例如，原理圖設(shè)計(jì)、約束管理、版圖設(shè)計(jì)、三維機(jī)械設(shè)計(jì)仿真和制造等應(yīng)用程序能以某種方式整合起來，從而允許所有這些應(yīng)用程序被同步投入使用，同時(shí)在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中更新和同步所有的編輯事件。甚至在混合環(huán)境中可能出現(xiàn)多個(gè)相似的應(yīng)用，比如多個(gè)版圖工具。 由于多個(gè)應(yīng)用程序在同時(shí)運(yùn)行，工程師就能快速理解所增加路徑的信號(hào)完整性效應(yīng)。如在蜂窩話機(jī)設(shè)計(jì)的三維機(jī)械系統(tǒng)中，器件在版圖中的移動(dòng)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(yè)，但是我身邊的人并不太認(rèn)同我的理想。”小葉是某重點(diǎn)大學(xué)醫(yī)藥工程專業(yè)的09屆畢業(yè)生。談到眼前的就業(yè)問題，小葉感到猶豫：“班上很多同學(xué)打算選擇非工程類的工作，愿意繼續(xù)深造或在這領(lǐng)域發(fā)展的同學(xué)不多。” 工程師，曾經(jīng)是許多學(xué)子夢(mèng)寐以求的理想職業(yè)，如今，已漸漸褪去了頭頂上的光環(huán)。根據(jù)中國教育部發(fā)布的數(shù)據(jù)，在1997年至2006年期間，中國高校工科專業(yè)點(diǎn)減少了近一半；在美國，雖然大學(xué)招生人數(shù)達(dá)至歷年來最高，但工科學(xué)生的數(shù)字卻在過去的 25年中沒有顯著增長；在英國，盡管在上個(gè)世紀(jì)的最后10年中，大學(xué)中18歲學(xué)生的比例幾近翻倍，然而工科學(xué)生的報(bào)名及入學(xué)率卻下降了17%。 工程專業(yè)社會(huì)地位下降已是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。2005年上海科協(xié)所做的公眾科學(xué)素養(yǎng)調(diào)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(yè)，而選擇“科學(xué)家”的人數(shù)占了58.1%，選擇“醫(yī)生”的也有41%。工程師社會(huì)地位的下降，也直接導(dǎo)致了包括小葉在內(nèi)的工科生群體的就業(yè)困惑，甚至開始“逃離工科”。 有專家曾警告說，如今中國制造業(yè)急需大批以工程師為代表的優(yōu)秀技術(shù)人才加盟，以從根本上提高中國產(chǎn)品的質(zhì)量、檔次，改善“中國制造”的形象，但中國學(xué)生競(jìng)相“逃離工科”的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)，有可能使這一愿望落空，從而使得中國工業(yè)走上日本的老路。 面對(duì)這樣的現(xiàn)狀，中國的工程教育者究竟該如何應(yīng)對(duì)為好？ “優(yōu)秀的工程師需要擁有創(chuàng)新的思維和過硬的技術(shù)知識(shí)”，電子與電氣工程師協(xié)會(huì)（Institute of Electrical and Electronic Engineers, 以下簡(jiǎn)稱IEEE）中國理事會(huì)主席周孟奇教授解釋，“但更重要的是，他具有應(yīng)用技術(shù)與創(chuàng)新解決實(shí)際問題的能力。關(guān)鍵是我們的工程專業(yè)教育需要走出課堂，更多地貼近企業(yè)、貼近生活，讓學(xué)生獲得更多樣的生活經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)手能力”。 事實(shí)上，工程專業(yè)高等教育的改革在中國已經(jīng)在逐步執(zhí)行了。教育部、國家發(fā)展改革委和科技部等六部委在2007年10月發(fā)文要求積極推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作教育，鼓勵(lì)高校與企業(yè)開展合作辦學(xué)，按照企業(yè)對(duì)人才的要求實(shí)行“訂單式”培養(yǎng)。工科在校學(xué)生要到企業(yè)去進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，時(shí)間不少于6個(gè)月。同時(shí)，高校應(yīng)該積極邀請(qǐng)企業(yè)專家兼課，派教師到企業(yè)學(xué)習(xí)。 其實(shí)，在教育部明確要求推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作教育之前，部分高校已經(jīng)開始進(jìn)行課程調(diào)整，并與企業(yè)合作建立研究所或培訓(xùn)基地。成功的案例包括2002年北京大學(xué)與中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司合作建立的“移動(dòng)通信數(shù)據(jù)倉庫聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，以及2005年同濟(jì)大學(xué)與微軟公司合作共建的“微軟--同濟(jì)大學(xué)Windows移動(dòng)及嵌入式中心。 “產(chǎn)學(xué)結(jié)合不僅能為學(xué)生提供實(shí)習(xí)鍛煉的基地，亦能讓企業(yè)有針對(duì)性地培養(yǎng)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(tuán)體合作，設(shè)立交換生計(jì)劃和建立海外實(shí)習(xí)基地，讓學(xué)生吸收外國先進(jìn)的知識(shí)和技術(shù)，促進(jìn)我國工程學(xué)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(jī)構(gòu)也在積極采取行動(dòng)，以提高工程學(xué)的社會(huì)地位，培養(yǎng)并提高青年學(xué)生對(duì)于工程學(xué)科的興趣。比如周教授所在的電子電氣工程師專業(yè)協(xié)會(huì)，就專門推出了一個(gè)面向18歲以下青少年的網(wǎng)站 www.tryengineernig.org，以期為年輕一代打開一扇了解工程學(xué)和工程師這個(gè)奧秘世界的窗口。同時(shí)，該協(xié)會(huì)還開設(shè)了一個(gè)專門向初高中教師介紹如何向孩子們解釋工程學(xué)概念的網(wǎng)站，寄望于通過老師們的生動(dòng)傳授，幫助孩子們認(rèn)識(shí)到工程師對(duì)于人類社會(huì)的巨大貢獻(xiàn)。 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(duì)于一個(gè)擁有寵大的工科生群體和同樣寵大的工程師需求的發(fā)展中國家來說，這項(xiàng)任務(wù)尤為艱巨，也最為緊迫。 作者為電子電氣工程師協(xié)會(huì)（即IEEE）主席 |
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