浅谈新形势下我国PCB设计自动化技术的发展

　　随着中国在5G技术领域领先地位的确立，5G赋能传统和新兴产业、点亮未来生活的步伐越来越快，引起了美国政府的担忧和疑虑，开始对中国IC产业链上游企业实施技术断供，以确保美国在高科技领域的绝对竞争优势和产业链的前端掌控。这显然违背了全球经济合作共赢、共同发展的客观目的，使我国相关领域的企业处境艰难。

　　面对集成电路产业链的技术短缺，我国自主创新高科技企业必须勇敢地面对前所未有的挑战，坚持“底线思维”。一方面，要广泛团结国内企业界和学术界精英，加大自主创新和研发力度；努力；另一方面，要坚持“对外开放”，联合欧洲、日本、韩国等其他发达国家，努力完善技术和产业链，在竞争中取得优势。

　　电子设计自动化(EDA)是集成电路产业链上游的高端产业。EDA设计软件涵盖了功能设计、综合、验证、物理设计(包括版图、布线、版图、设计规则检查等)的全部过程。)进行封装测试等。它是集成电路设计必不可少、重要的软件工具，被称为“芯片之母”，包括电路设计与仿真、印刷电路板(PCB)、PCB(PCB)设计、集成电路(IC)设计、ip核(智能属性核)设计和可编程逻辑器件(PLD)设计等。PCB是承载电子元器件、连接电路的桥梁，被称为“电子产品之母”。广泛应用于通信、消费电子、汽车电子、工业控制、医疗设备、国防、航空航天等领域，是现代电子信息产品中不可缺少的电子元器件。在当前形势下，我国自主PCB设计自动化领域如何迎接挑战，抓住机遇，制定科学的发展战略和规划，并分步实施，是美国在集成电路领域突破“瓶颈”尝试的关键。

　　目前，我国工业PCB设计软件还处于起步阶段，贯穿PCB自动化设计各个环节的关键技术也不是一朝一夕就能攻克的。而是要夯实基础研究，一步一步跟上行业需求，逐步用以智能算法为核心的自动化要素取代PCB设计过程中的人工要素，让自动化、信息化、智能化贯穿PCB设计过程的每一个关键环节，实现PCB设计自动化的全方位、全覆盖。近年来，知识图谱和图神经网络(GNN)技术的相互融合成为人工智能领域的研究热点。图神经网络利用深度学习架构，将图信息中的拓扑信息和属性特征信息进行整合，可以实现关系抽取和实体消歧，提高神经网络的推理和演绎能力。但在未来的PCB布局规划中，如果将逻辑和电路设计的上游原理图转化为具有拓扑关系的知识图谱，再利用图神经网络进行知识推理，自动识别PCB布局的设计意图，将对PCB顶层设计和决策起到重要的推动作用。PCB设计自动化的技术路线分为以下五个层次。

　　一级：具备相关独立功能点的自动操作能力。在PCB的物理设计阶段，所有的关键环节都依赖于人工设置，包括网表信息的人工建立、PCB叠层结构的人工设计、器件的人工划分和布局、PCB的人工信号完整性设计、功率完整性设计和人工布局设计。后续的工艺约束、参数提取和环节模拟也依赖人力。

　　二级：具备在强人工指导下初步自动布局布线的能力。在这个层次上，计算机具有一定的原理综合能力，能够识别原理图的逻辑关系和网络的拓扑关系，而不仅仅是依靠人工给定的网表信息。可以在电路模块中实现PCB自动设计，满足数字电路规则的约束，在强大的人工指导下具备初始自动布局布线能力。这里的强手动指导是指手动划分模块、指定区域、设置层数和指定优先级。PCB物理设计的主要特点是人机交互，对人为干预依赖性强。后续的工艺约束、参数提取和环节模拟仍然依赖人力。与一级相比，细分场景增加了对示意图的分析，通过非人工手段为人工网表信息提供了重要补充。同时，不再是简单约束下的场景细分，而是满足电气约束、高密度约束等更复杂约束的布局策略。

　　三级：具备弱人工指导下的自动布局布线能力。这个层次提高了原理综合能力，试图理解原理图的设计意图和约束，取消网表。可以在电路模块中实现PCB自动设计，满足数模混合电路规则的约束，在弱手动指导下具备自动布局布线的能力。PCB物理设计的主要特点是极端条件下的人的参与，全方位的自动化设计开始占据主导地位。在场景细分上，网络的自动分组和优先级划分取代了人工指定，布局和路由从局部优化变为协同优化。的后续参数提取由手动改为自动，建立了设计调整和环节仿真的路径，为4级参数提取和设计一体化奠定了基础。四级：自动设计能力。这个层次在原理综合能力上有了实质性的飞跃，自动将原理图意图转化为设计策略。PCB自动设计的能力范围也从模块内的布局布线一体化扩展到整个板级系统，具有更全面、全方位的自动设计能力。全方位的手段包括意图理解、布局、布线和模拟修正。经过人工检查，该板可以投入使用。全范围指的是从模块到板级的飞越，以及不同工厂中工艺约束的自动检测。PCB物理设计的主要特点是PCB设计过程无人化。在设计与仿真的协调方面，可以根据仿真验证自动调整布局布线；参数提取和设计的集成；链路模拟和设计集成。

　　第五级：有实现PCB布局设计的设计意图。从原理综合能力来说，这个层面还是要将原理图意图自动转化为设计策略。与四级相比，其能力范围从板级系统的设计自动化扩展到PCB版图的智能设计，具备实现从设计意图到PCB版图设计、PCB综合设计、仿真和工艺约束全过程自动化的能力。在智能方面，突出表现为设计意图和PCB设计规则的智能学习，从工厂工艺约束的自动检测到设计规则库的主动智能改进。