The ¡End ¡of ¡EDA ¡ Toward ¡System ¡Design ¡ Raúl ¡Camposano ¡ November, ¡2014 ¡
The ¡End ¡of ¡EDA ¡ What ¡we ¡may ¡be ¡witnessing ¡is ¡not ¡just ¡the ¡ commodiBzaBon ¡of ¡electronics, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ or ¡the ¡passing ¡of ¡a ¡parBcular ¡period ¡of ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ electronic ¡design ¡/ ¡EDA, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ but ¡the ¡end ¡of ¡electronic ¡design ¡/ ¡EDA ¡as ¡such: ¡ that ¡is, ¡the ¡end ¡point ¡of ¡a ¡technological ¡evoluBon ¡ and ¡the ¡universalizaBon ¡of ¡the ¡use ¡of ¡electronics ¡ as ¡the ¡final ¡form ¡of ¡intelligence ¡in ¡everything ¡[1] . ¡ ¡ [1] ¡ ¡Paraphrasing ¡Francis ¡Fukuyama’s ¡essay ¡"The ¡End ¡of ¡History?" ¡The ¡NaBonal ¡Interest, ¡1989 ¡ 2 ¡
The ¡Free ¡Lunch ¡is ¡(largely…) ¡Over ¡ 2014 ¡ Fastest ¡i7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3.6/4.0GHz, ¡150W ¡ Fastest ¡Xeon ¡ ¡3.4/3.7GHz, ¡155W ¡ Intel ¡CPU ¡IntroducBons ¡(graph ¡updated ¡August ¡2009; ¡arBcle ¡text ¡original ¡from ¡December ¡2004) ¡ 3 ¡ Source: ¡ ¡The ¡Free ¡Lunch ¡Is ¡Over: ¡A ¡Fundamental ¡Turn ¡Toward ¡Concurrency ¡in ¡So`ware ¡
Electronics ¡$ ¡ ¡91 ¡ Other ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡$120 ¡ 4 ¡
SW ¡>$42 ¡per ¡Device ¡ 5 ¡
Systems ¡Companies ¡Capturing ¡Value ¡ Revenue ¡ $B ¡ 200 ¡ 150 ¡ Samsung ¡ Apple ¡ Microso` ¡ Amazon ¡ 100 ¡ Google ¡ Intel ¡ Facebook ¡ 50 ¡ 0 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 2012 ¡ 2013 ¡ 6 ¡
HW ¡vs. ¡SW ¡ Palerson ¡/ ¡Hennessy ¡– ¡The ¡HW ¡/ ¡SW ¡Interface ¡ Big ¡Switch ¡Networks ¡ So`ware-‑Defined ¡Satellite ¡ Xilinx ¡ Wikipedia ¡ 7 ¡
EDA ¡also ¡Evolved ¡into ¡(mostly) ¡SW ¡ ¡ • Gen ¡1 ¡ ¡1960-‑1980 ¡ – CALMA, ¡Computervision, ¡Applicon, ¡Zuken ¡ – Customized ¡WorkstaBon ¡+ ¡Artwork ¡EdiBng ¡SW ¡ • DMV ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1981-‑1988 ¡ – Daisy, ¡Mentor, ¡Valid ¡ – SBll ¡substanBal ¡focus ¡on ¡Hardware ¡sales ¡ • Gen ¡3 ¡ ¡1988 ¡ – Cadence ¡(88 ¡ECAD ¡+SDA), ¡Mentor, ¡Synopsys ¡(OpBmal ¡ SoluBons ¡86) ¡ – So`ware ¡ 8 ¡
EDA ¡ $B ¡ ¡$8 ¡ ¡ ¡$7 ¡ ¡ CDNS ¡goes ¡ratable ¡ ¡$6 ¡ ¡ SNPS ¡goes ¡ratable ¡ ¡$5 ¡ ¡ ¡$4 ¡ ¡ ¡$3 ¡ ¡ ¡$2 ¡ ¡ ¡$1 ¡ ¡ EDAC ¡MSS ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ 1996 ¡ 1997 ¡ 1998 ¡ 1999 ¡ 2000 ¡ 2001 ¡ 2002 ¡ 2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 2012 ¡ 2013 ¡ 9 ¡
EDA ¡ $B ¡ ¡$8 ¡ ¡ CAGR ¡= ¡6% ¡ ¡$7 ¡ ¡ CDNS ¡goes ¡ratable ¡ ¡$6 ¡ ¡ SNPS ¡goes ¡ratable ¡ ¡$5 ¡ ¡ ¡$4 ¡ ¡ ¡$3 ¡ ¡ ¡$2 ¡ ¡ ¡$1 ¡ ¡ EDAC ¡MSS ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ 1996 ¡ 1997 ¡ 1998 ¡ 1999 ¡ 2000 ¡ 2001 ¡ 2002 ¡ 2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 2012 ¡ 2013 ¡ 10 ¡
Buffet’s ¡ValuaBon ¡Indicator ¡ 1950 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1960 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1970 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1980 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1990 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2000 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2010 ¡ Source: ¡Board ¡of ¡Governors ¡of ¡the ¡Federal ¡Reserve ¡System ¡and ¡U.S. ¡Bureau ¡of ¡Economic ¡Analysis ¡ 11 ¡
Gross ¡World ¡Product ¡ $T ¡ ¡$80 ¡ ¡ ¡$70 ¡ ¡ ¡$60 ¡ ¡ ¡$50 ¡ ¡ ¡$40 ¡ ¡ ¡$30 ¡ ¡ ¡$20 ¡ ¡ ¡$10 ¡ ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ Source: ¡World ¡Bank ¡ 12 ¡
Gross ¡World ¡Product ¡ $T ¡ ¡$80 ¡ ¡ ¡$70 ¡ ¡ CAGR ¡= ¡6.1% ¡ ¡$60 ¡ ¡ ¡$50 ¡ ¡ ¡$40 ¡ ¡ ¡$30 ¡ ¡ ¡$20 ¡ ¡ ¡$10 ¡ ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ Source: ¡World ¡Bank ¡ 13 ¡
Semiconductors ¡ $T ¡ $B ¡ ¡$80 ¡ ¡ ¡$400 ¡ ¡ ¡$70 ¡ ¡ ¡$350 ¡ ¡ ¡$60 ¡ ¡ ¡$300 ¡ ¡ ¡$50 ¡ ¡ ¡$250 ¡ ¡ ¡$40 ¡ ¡ ¡$200 ¡ ¡ ¡$30 ¡ ¡ ¡$150 ¡ ¡ ¡$20 ¡ ¡ ¡$100 ¡ ¡ ¡$10 ¡ ¡ ¡$50 ¡ ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ Source: ¡SIA ¡ 14 ¡
Semi ¡/ ¡WDC ¡ 0.7% ¡ 0.6% ¡ 0.5% ¡ 0.4% ¡ 0.3% ¡ 0.2% ¡ 0.1% ¡ 0.0% ¡ 15 ¡
Semi ¡/ ¡WDC ¡ 0.7% ¡ 0.6% ¡ 0.5% ¡ 0.45% ¡ 0.4% ¡ 0.3% ¡ 0.2% ¡ 0.1% ¡ 0.0% ¡ 16 ¡
EDA ¡ $B ¡ ¡$8 ¡ ¡ ¡$400 ¡ ¡ ¡$7 ¡ ¡ ¡$350 ¡ ¡ ¡$6 ¡ ¡ ¡$300 ¡ ¡ ¡$5 ¡ ¡ ¡$250 ¡ ¡ ¡$4 ¡ ¡ ¡$200 ¡ ¡ ¡$3 ¡ ¡ ¡$150 ¡ ¡ ¡$2 ¡ ¡ ¡$100 ¡ ¡ ¡$1 ¡ ¡ ¡$50 ¡ ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ Source: ¡EDAC ¡ 17 ¡
EDA ¡ $B ¡ $B ¡ ¡$8 ¡ ¡ ¡$400 ¡ ¡ ¡$7 ¡ ¡ ¡$350 ¡ ¡ ¡$6 ¡ ¡ ¡$300 ¡ ¡ ¡$5 ¡ ¡ ¡$250 ¡ ¡ ¡$4 ¡ ¡ ¡$200 ¡ ¡ ¡$3 ¡ ¡ ¡$150 ¡ ¡ ¡$2 ¡ ¡ ¡$100 ¡ ¡ ¡$1 ¡ ¡ ¡$50 ¡ ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ ¡$-‑ ¡ ¡ Source: ¡EDAC ¡ 18 ¡
EDA ¡/ ¡Semi ¡ 3.5% ¡ 3.0% ¡ 2.5% ¡ 2.2% ¡ 2.0% ¡ 1.5% ¡ 1.0% ¡ 0.5% ¡ 0.0% ¡ 19 ¡
20 ¡
6% ¡ 21 ¡
SDK, ¡IDE, ¡compiler, ¡ ¡ So`ware ¡ debugger, ¡build, ¡ ¡ source ¡control… ¡ Die ¡ EDA ¡ MCM, ¡EM, ¡ ¡ Package ¡ Thermal, ¡Mechanical ¡ Board ¡ PCB, ¡EM, ¡ Connector ¡ Thermal, ¡Mechanical ¡ Mechanical, ¡ Sub-‑System ¡ Thermal, ¡EM ¡ Mechanical, ¡CFD, ¡ System ¡ Thermal, ¡EM ¡ Ergonomics, ¡sustainability, ¡CO 2 ¡emissions ¡… ¡ 22 ¡
MCM, ¡EM ¡ ¡ Package ¡ Board ¡ PCB, ¡EM ¡ Connector ¡ 23 ¡
Hybrid ¡ElectromagneBc ¡SimulaBon ¡ 3D ¡ 2.5D ¡ 3D ¡ 24 ¡
Hybrid ¡Mode ¡ Return ¡Loss ¡ InserBon ¡Loss ¡ Method ¡ Time ¡Per ¡Frequency ¡ Peak ¡Memory ¡ Full ¡3D ¡ 61 ¡min ¡ 50 ¡GB ¡ Hybrid ¡2.D ¡/ ¡3D ¡ ¡ ¡6 ¡min ¡ ¡ ¡5 ¡GB ¡ Far ¡End ¡Crosstalk ¡ Near ¡End ¡Crosstalk ¡ Hybrid ¡ 3D ¡ 25 ¡
Parallelism ¡in ¡EM ¡SimulaBon ¡ Layers: ¡8 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Nets: ¡320 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ports: ¡1000 ¡ IBM ¡Challenge ¡Problem ¡ Capacitance, ¡Inductance ¡of ¡all ¡nets ¡ • S-‑parameter ¡extracBon ¡of ¡20 ¡nets ¡ • 26 ¡
Capacitance ¡ExtracBon ¡of ¡All ¡Nets ¡ ComputaGon ¡ ¡ ¡Time ¡ Speedup ¡ MS&S ¡ ¡ ¡ ¡8 ¡cores ¡ 235 ¡min ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡6x ¡ RHS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡80 ¡machines ¡ ¡7.3 ¡min ¡ ¡ ¡ ¡ ¡32x ¡ Test ¡Case ¡upload ¡ ¡0.7 ¡min ¡ Result ¡download ¡ ¡1.0 ¡min ¡ Peak ¡Memory: ¡5.5 ¡GB ¡ RHS ¡ ¡ Setup ¡Bme ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡= ¡1.8 ¡min ¡ ¡(serial) ¡ p ¡= ¡(235-‑1.8) ¡/ ¡235 ¡= ¡0.99234 ¡ 1 ¡ = ¡50x ¡ ¡ ¡ Max ¡Speedup ¡= ¡ ¡ (1-‑p) ¡+ ¡ p ¡ N=80 ¡ n ¡ 1 ¡ = ¡131x ¡ ¡ ¡ Max ¡Speedup ¡= ¡ ¡ (1-‑p) ¡+ ¡ p ¡ n=∞ ¡ n ¡ 27 ¡
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