Пакетов функционального проектирования

В настоящее время наблюдаются две основные тенденции в развитии пакетов функционального проекти­рования. Первая связана с повышением их вычислительной эффек­тивности, т. е. с сокращением затрат ресурсов ЭВМ (в первую оче­редь машинного времени) на выполнение отдельных проектных опе­раций и процедур, а вторая — с расширением их области примене­ния и функциональных возможностей.

Повышение вычислительной эффективности. Улучшение харак­теристик экономичности пакетов дает возможность рассмотрения на каждом иерархическом уровне проектирования более крупных (с точки зрения количества составляющих их элементов) объектов про­ектирования, что является прямой предпосылкой к улучшению ка­чества и ускорению процесса проектирования. Особо остро проблема экономичности подсистем функционального проектирования стоит при создании САПР в такой бурно развивающейся области, как микроэлектроника. Эффективность пакетов функционального проек­тирования определяется в первую очередь экономичностью входя­щей в его состав подсистемы анализа, поэтому основные усилия специалистов-разработчиков таких пакетов направлены на поиски путей повышения быстродействия процедур моделирования. В на­стоящее время эти поиски ведутся в двух направлениях: 1) совер­шенствование математического обеспечения и организации ПО путем учета специфики ММ объектов проектирования различных пред­метных областей и технологий производства; 2) использование ЭВМ неклассической архитектуры.

Учет специфики ММ объектов проектирования на макро­уровне делает во многих случаях эффективным с точки зрения за­трат машинного времени применение декомпозиционных методов

анализа, сводящих решение задачи большой размерности к решению подзадач меньшей размерности. Например, свойство пространствен­ной разреженности ИС позволяет использовать при их электриче­ском анализе различные методы численного интегрирования диффе­ренциальных уравнений для ММ различных фрагментов ИС, выби­рая для каждого фрагмента наиболее подходящий метод. Ряд ме­тодов использует свойство временной разреженности ИС, осуществ­ляя обнаружение «неактивных» в текущий момент времени участков схемы и исключение соответствующих им переменных и уравнений из общей ММ системы. Учет однонаправленности ММ МДП-транзисторов позволяет приблизительно на два порядка поднять быстро­действие программ анализа путем замены классических методов анализа (см. рис. 5.1) на релаксационные, в основе которых лежат итерационные алгоритмы Гаусса — Якоби и Гаусса — Зейделя.

Н Примечание. Пространственная разреженность системы по­нимается как отсутствие непосредственной связи между «уда­ленными» элементами этой системы. Наличие в рассматриваемой системе в какой-либо момент времени элементов, не меняющих свое состояние, называется временной разреженностью. Однона­правленной называется ММ, которая не отражает влияние вы­ходных переменных элемента на входные.

Использование ЭВМ нетрадиционной архитек­туры совместно со специальными декомпозиционными методами может в ряде случаев обеспечить многократное повышение эффек­тивности пакетов функционального проектирования за счет распа­раллеливания вычислений на этапе анализа. Такое распараллелива­ние, например в подсистемах макроуровня, возможно на различных этапах решения ММ системы. Так, в программе CLASSIE, разрабо­танной специально для супер-ЭВМ CRAY-1, распараллеливаются вычисления в моделях элементов и обработка повторяющихся фраг­ментов моделируемого объекта. Существуют методы распараллели­вания процедуры решения систем алгебраических уравнений. Одна­ко наибольшее ускорение достигается при использовании релакса­ционных методов решения систем ОДУ за счет минимизации време­ни, необходимо на синхронизацию процессов решения, выполняемых на различных процессорах многопроцессорной вычислительной си­стемы.

В последние годы специально для повышения быстродействия пакетов моделирования на микроуровне разработаны спецпроцессо­ры (например, матричные), подключаемые к обычным ЭВМ.

Реализация рассмотренных выше путей повышения вычислитель­ной эффективности пакетов функционального проектирования часто требует использования иных по сравнению с описанными в § 5.1 и 5.2 принципов построения ПО.

Расширение области применения. Увеличение масштабов ис­пользования пакетов функционального проектирования идет в на­стоящее время по двум взаимосвязанным направлениям: 1) создание универсальных пакетов, пригодных для использования во многих предметных областях; 2) расширение круга пользователей за счет ориентации пакетов на персональные ЭВМ.

Универсальность пакетов достигается использованием в них математического обеспечения (МО), инвариантного к предмет­ным областям, что часто противоречит требованиям экономичности и минимальной сложности пакетов. Одним из путей повышения уни­версальности и одновременно эффективности пакетов

функционального проектирования является объединение в них на общей организа­ционной основе элементов МО микро-, макро- и метауровней, что позволяет в рамках одного пакета выполнять смешанный многоуров­невый анализ сложных систем.

Использование персональных ЭВМ дает возмож­ность приобщиться к средствам автоматизированного проектирова­ния значительно большему, чем в настоящее время, количеству раз­работчиков технических изделий и, более того, за счет «персонализации» компонентов САПР создать мощный индивидуальный (т. е. наиболее удобный для конкретного пользователя) инструмент про­ектирования, значительно увеличивающий интеллектуальный потен­циал разработчика.

Расширение области применения пакета функционального про­ектирования невозможно без наличия в нем специальных средств модификации и расширения, обеспечивающих его всемерную от­крытость для включения новых программных компонентов, в пер­вую очередь подпрограмм моделей конкретных технических систем. Синтез моделей, их программирование представляет собой часто довольно сложную научно-техническую задачу, решить которую большинство пользователей самостоятельно не может. Поэтому ожи­дается, что в ближайшие годы для решения проблемы синтеза мо­делей технических объектов могут найти широкое применение си­стемы баз знаний.