欧洲:下一代“智能系统”的领导者

 

　　近日，欧洲新研究项目的合作伙伴发布了多国/多学科智能系统联合设计(SMAC)项目的内容细节。这项重要的三年期合作项目旨在为智能系统设计创造先进的设计整合环境(SMAC 平台)，欧盟FP7(FP7-ICT-2011-7)项目为智能系统项目提供部分资金支持。智能系统是指在一个微型封装内整合多种功能的微型智能设备，这些功能包括传感器、执行器、运算功能、无线网络连接和能量收集功能。在节能、医疗、汽车、工厂自动化以及消费电子等应用领域，智能系统将是下一代产品设备的重要组件。SMAC项目的目标是通过降低智能系统的设计成本，缩短产品上市时间，帮助欧洲企业在应用市场竞争中抢占先机。

　　智能系统研发瓶颈不是技术，而是设计方法。先进的封装技术，如系统级封装(SiP)和芯片堆叠(3D IC)通孔技术，实现在一个封装内高密度整合所需的全部功能，以满足市场对成本、尺寸、性能和可靠性的日益严格的技术要求。尽管如此，设计方法仍无法与技术发展同步。

　　SMAC项目联席协调员、意法半导体工业与多重市场CAD研发总监Salvatore Rinaudo表示：“阻碍智能系统应用快速增长的原因不是技术，而是缺少精心组织的明确描述最终整合系统的设计方法。理想的情况是将全部整合器件设计成一个单一系统，但目前缺少统一的设计工具和方法。SMAC项目组准备研发一个以整合为导向的整体设计平台，以此帮助欧洲企业降低制造成本，缩短产品上市时间，最大限度地降低在最终整合过程中遭遇的风险，从而在挖掘智能系统的潜能中抢占先机。”

　　目前在智能系统设计中，不同的系统组件采用不同的设计工具。以MEMS传感器、模拟和射频器件、数字芯片为例，建模、仿真和设计等过程使用完全不同的工具，而这些工具没有一个考虑到最终的系统整合。

　　为确保SMAC平台能够用于实际的工业级强度的设计流程和环境，平台研发将由学术界和工业领域的合作伙伴共同完成，其中包括多家电子设计自动化(EDA)厂商和半导体厂商。这项研发成果将让工业合作伙伴及其客户提高其在智能系统产品及应用市场的竞争力。

　　预计该项目结束后将会取得以下科技成果：

　　1.新的建模仿真功能：支持精确的多物理场、多层、多尺度以及多域联合仿真。

　　2.以整合为导向的创新型设计方法，用于设计不同技术领域和拥有不同功能的智能系统组件和子系统。

　　3.强化现有建模和仿真工具的性能，将其整合到一个完整的设计流程内(即SMAC平台)，实现以整合为导向的智能系统联合设计概念。

　　4.通过实现含有尖端技术的测试示例，证明某些新设计解决方案的效果。

　　5.通过对比最先进的参考方法，证明在SMAC平台内整合全新与现有EDA设计工具的精确性和简便性。

　　6.在一个工业级强度设计示例中证明SMAC平台的适用性。

　　项目合作方：

　　项目协调方：意法半导体STMicroelectronics s.r.l. (意大利);

　　Philips Medical Systems Nederland BV(荷兰);

　　ON Semiconductor Belgium BVBA (比利时);

　　Agilent Technologies Belgium NV (比利时);

　　Coventor Sarl (法国);

　　MunEDA GmbH (德国);

　　EDALab s.r.l. (意大利);

　　Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (意大利);

　　Tyndall National Institute, University College Cork (爱尔兰);

　　Instytut Technologii Elektronowej (波兰);

　　Politecnico di Torino (意大利);

　　Università degli Studi di Catania (意大利);

　　University of Nottingham (英国);

　　Katholieke Universiteit Leuven (比利时);

　　Technische Universiteit Eindhoven (荷兰);

　　Slovak University of Technology Bratislava(斯洛伐克);

　　ST-POLITO s.c.a.r.l. (意大利)。

　　SMAC项目运转需要超过1300人/月和约1300万欧元资金，其中约500万欧元将由工业合作伙伴提供。

　　技术说明:

　　

 

　　如上图所示，智能系统实现了非常复杂的功能，整体系统通常由非异类器件组成，包括数字器件、模拟器件、射频芯片、MEMS及其它类型传感器、电源和无线通信器件。目前还没有设计方法和工具能够同步且无缝地解决智能微电子系统设计工程师在设计新产品时面临的全部挑战。这些挑战包括紧密封装器件的预定电势或寄生耦合(例如，热或电磁)。

　　当前有关智能系统的建模、仿真、设计和整合的基本情况如下:

　　非电气组件(微加工结构、电磁场、热现象、波传递等组件)采用偏微分方程(PDE)求解器设计，如有限元方法(FEM)或基于原理图的行为库。

　　模拟器件和射频器件是由高专业性工程师在重新使用现有宏的基础上按照一个模板化方法设计。

　　数字部分是采用自动合成工具(从高层合成到物理合成)按照自上至下的模式设计。

　　系统设计支持工具包括框图仿真(如MATLAB-SIMULINK, SystemVue)，这些工具让设计人员可以全面查看整个系统，但需要使用简单的子系统和器件模型。

　　微控制器和数字信号器内的软件代码量正在大幅增加。