CC BY
21
УДК 004.67; 621.3.049.77
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
ДОКУМЕНТООБОРОТА В СОСТАВЕ САПР «КОВЧЕГ»
В.И. Алёшина, С.В. Гаврилов, Ю.С. Болотин
В статье проведён анализ способов электронного документооборота и выявлены их недостатки, выбраны инструментальные средства, разработана схема алгоритма программного модуля. В результате исследования был разработан программный модуль, призванный устранить указанные недостатки. Планируется, что разработка сократит время от начала проектирования до производства микросхем.
Ключевые слова: микросхема, электронный документооборот, измерение БИС, САПР «Ковчег», документация БИС.
На данный момент одним из наиболее важных направлений при производстве больших интегральных схем (БИС) является уменьшение времени разработки и производства микросхем за счет модернизации отечественных средств автоматизированного проектирования с целью повышения производительности, качества и сложности разработанных микросхем. В том числе, за счет совершенствования системы электронного документооборота.
Во время проектирования микросхем используется множество программ, которые решают те или иные задачи при разработке БИС. Это могут быть разработка поведенческой модели будущей БИС, разработка логического проекта, разработка топологии, разработка функциональных и контрольно-диагностических тестов. На завершающей стадии проектирования БИС проект состоит из топологии микросхемы, которая используется при изготовлении комплекта фотошаблонов, необходимых для последующего изготовления БИС, и контрольно-диагностических тестов, которые используются при разбраковке кристаллов БИС в составе пластины и микросхем в корпусе. При этом требуется выполнять большой спектр измерений. Измеряются параметры микросхемы такие, как: статические параметры — токи потребления, токи утечек, нагрузочные способности выходов микросхем, динамические параметры - быстродействие микросхемы. Для этого используется специальное контрольно-измерительное оборудование. Далее, при соответствии полученных результатов требованиям заказчика и ГОСТам, инженером составляется конструкторская документация на разработанную БИС [1].
Документация включает в себя результаты измерений вышеуказанных параметров на высококлассном и высокоточном оборудовании для проверки заявленной функциональности, а именно диагностический, параметрический и функциональный контроли на имеющимся в распоряжении разработчика оборудовании.
Диагностический контроль — это частный случай проверки микросхем. Максимально эффективен для тестирования гибридных интегральных схем.
Функциональный контроль подразумевает измерение статистических и динамических параметров микросхемы, основываясь на контрольно-тестовой таблице.
Параметрический контроль основан на измерении постоянного тока и выходных электрических сигналов [2].
Описанная концепция используется и на производстве в Научно-производственном комплексе «Технологический центр» (НПК «Технологический Центр»).
Очевидно, подготовка документации - один из главных пунктов в разработке и серийном выпуске микросхем. Конструкторская документация состоит из карты заказа и программы методики измерения БИС.
В НПК «Технологический Центр» эксплуатируется несколько контрольно-измерительных стендов (КИС) Hewlett-Packard 83000 (HP-83000) и Hewlett-Packard 82000-D50 (HP 82000-D50). Входные данные для каждого КИС автоматически генерируются в САПР «Ковчег». Это папка, в которой шесть файлов для проверки микросхемы при различных условиях эксплуатации (в составе пластин в нормальных условиях по нормам ТУ, в диапазоне температур по нормам ТУ, нормальных условиях в цехе повышенной температуре в цехе, пониженной температуре в цехе). Каждый файл состоит из инструкций шаблона программ измерения.[3] В данный момент шаблоны инструкций программы контроля БИС с учётом специфики измерительного оборудования, вручную сверяются и обрабатываются инженерами, с учётом требований заказчика, ГОСТов и индивидуальных особенностей микросхемы. У ручной подготовки конструкторской документации имеется большое количество недостатков таких как: большое время на обработку результатов и подготовку документации, ошибки, человеческий фактор, неточности и опечатки.
Чтобы устранить упомянутые минусы, создаются программы, автоматически генерирующие документы методики измерения БИС. Использование таких систем экономит человеческие ресурсы, время, в том числе повышает точность и надёжность спецификации на микросхемы.
Сейчас большинство существующих отечественных решений сильно уступают по ряду параметров зарубежным аналогам. Кроме того, существующие программные решения в основном представляют собой отдельные утилиты разных производителей, выполняющие какой-либо небольшой этап длительного процесса производства микросхем. Стоит отметить, что использование ненадежных и дорогостоящих зарубежных систем может привести к встраиванию в электрическую схему аппаратных закладок и утечке разрабатываемых проектов [4].
На производстве в НПК «Технологический центр» используется САПР «Ковчег 4.07» с КИС-ми HP 83000 и HP 82000-D50, однако он не включает возможность формирования методики измерения БИС.[1]
По этой причине встал вопрос о разработке нового программного модуля, поддерживающего команды HP 83000 и HP 82000-D50.
Преимущества такого решения:
повышение скорости формирования документации; возможность отследить отличия в результатах измерений при различных условиях;
автоматическое формирование документации; уменьшение ошибок вследствие человеческого фактора. С целью устранения вышеперечисленных недостатков на основании сравнения технических характеристик, представленных на рынке САПР из табл. 1, в НПК «Технологический центр» было принято решение разработать программный модуль (ПМ) автоматизации документооборота в составе отечественной САПР «Ковчег».
Таблица 1
Преимущества и недостатки существующих СА ПР
Название САПР Критерий выбора ~~ Synopsys [5] Allegro PCB Designer [6] Mentor Graphics PADS [7] ПМ в составе САПР «Ковчег 4.08» [1]
Операционная система Microsoft Windows 7 + + + +
Наличие унифицированной библиотеки функциональных ячеек для БМК серий 5503, 5507 - - - +
Свободное распространение - - - +
Формирование документации для HP 82000-D50 - - - +
Поддержка русского языка - + - +
Здесь + — данная функция поддерживается программой; - — данная функция отсутствует.
ПМ разработан для автоматической генерации документации с учётом особенностей контрольно-измерительных стендов, используемых на производстве, а также для снижения трудоемкости данной операции и уменьшения количества ошибок.
Эталонные значения, с которыми сравниваются данные, полученные с измерительных стендов, ПМ принимает из САПР «Ковчег». На выходе, при условии соблюдения всех норм и требований к микросхеме, получается файл документации с результатами измерений в соответствие с требованиями ЕСКД. В противном случае в специальное окно подпрограммы выводится информация обо всех ошибках, неточностях и некорректных значениях.
Для проверки файлов с тестами на соответствие реализуется алгоритм, схема которого представлена на рисунке.
ПМ получает на вход папку с проектом БИС из которой извлекает файлы с тестами для микросхем и другие параметры БИС, после чего файлы с тестами попарно сравниваются на соответствие друг другу и заявленной функциональности. Все несовпадения делятся на два типа: ошибки (критические неточности, при которых документ не формируется) и предупреждения (некритические неточности, при которых документ формируется, но на которые следует обратить внимание инженеру). В случае успеха генерируется документ, и в специальном окне отображается путь к нему в файловой системе. В противном случае в специальное окно выводятся все ошибки и предупреждения с указанием причин их возникновения.
Схема алгоритма программного модуля
По рекомендациям сотрудников Научно-исследовательской лаборатории разработки САПР Отдела Интегральных Микросхем НПК «Технологический Центр», учитывая требования технического задания и САПР «Ковчег», был составлен список требований, предъявляемых к языку программирования, представленный в табл. 2.
Таблица 2
Анализ существующих языков программирования _
--- Язык программирования Критерии выбора _____ Java [8] Python [9] С++ [10] С# [11]
Опыт разработки + - + +
Интегрируемость в САПР «Ковчег» - - + +
Возможность работы с исходными файлами проектов САПР «Ковчег» - - + +
Соответствие требованиям НПК «ТЦ» - - + +
Интегрируемость готовых проектов в ОС Windows 7/10 + + + +
Возможность работы с Microsoft Word - - - +
Здесь + — данная функция поддерживается программой; - — данная функция отсутствует.
На основании результатов сравнительного анализа из табл. 2 языком программирования был выбран С#.
В результате проведенных работ по разработке программного модуля автоматизации документооборота в составе САПР «Ковчег» был реализован программный модуль, обеспечивающий уменьшение ошибок вследствие человеческого фактора, снижение трудоемкости, повышение скорости формирования документации. В настоящий момент ПМ внедряется в рабочий процесс НПК «Технологический Центр» как одна из подсистем отечественной САПР «Ковчег». Планируется, что использование ПМ позволит значительно сократить время от начала разработки БИС до выпуска ее в серийное производство.
Список литературы
1. Гаврилов С.В., Денисов А.Н., Коняхин В.В., Макарцева М.М. САПР «Ковчег 3.0» для проектирования микросхем на БМК серий 5503, 5507, 5521 и 5529. М.: Техносфера. 2013. 12 с.
2. Магеррамов Р.В. Процесс тестирования интегральных микросхем // Молодой ученый. 2015. №13. С. 154-158.
3. Магеррамов Р.В. Использование контрольно-диагностических стендов для тестирования микросхем // Молодой ученый. 2016. №17. С. 5357.
4. Черников Б.В., Можжухина А.В., Борисова Е.А. Проблемы локализации ошибок при проектировании специализированных БИС // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 11-2. С. 301-305.
5. Сайт компании Synopsys [Электронный ресурс] URL: https://www.synopsys.com/ru-ru.html (дата обращения: 30.03.2020).
6. Описание Allegro PCB Designer [Электронный ресурс] URL: https://www.cadence.com/ en US/ home/ tools /pcb- design- and- analysis/ pcb-layout / allegro-pcb-designer.html (дата обращения: 01.04.2020).
7. Страница загрузки Mentor Graphics PADS [Электронный ресурс] URL: https://www.pads.com/downloads/professional-eval-access (дата обращения: 31.03.2020).
8. О языке программирования Java [Электронный ресурс] URL: https://www.java.com/ru/about (дата обращения: 28.03.2020).
9. О языке программирования Python [Электронный ресурс] URL: https://www.python.org/about/ (дата обращения: 25.03.2020).
10. News, Status & Discussion about Standard С++ [Электронный ресурс] URL: https://isocpp.org/ (дата обращения: 02.04.2020).
11. Документация по С# [Электронный ресурс] URL: https:// docs. microsoft.com/ru-ru/dotnet/csharp/ (дата обращения: 03.03.2020).
Алёшина Валентина Ивановна, ведущий программист, aleshfamalist. ru, Россия, Москва, Научно-производственный комплекс «Технологический центр»,
Гаврилов Сергей Владимирович, начальник научно-исследовательской лаборатории, s.gavrilovatcen.ru, Россия, Москва, Научно-производственный комплекс «Технологический центр»,
Болотин Юрий Сергеевич, студент, bolotin99@inbox. ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», Научно-производственный комплекс «Технологический центр»
SOFTWARE MODULE DEVELOPMENTFOR DOCUMENTMANAGEMENT SYSTEMIN
THE "KOVCHEG" CAD.
V.I. Aleshina, S.V. Gavrilov Y.S. Bolotin 45
The article analyzes the methods of electronic document management and identifies their shortcomings, selected tools, developed an algorithm scheme of software module. As a result of the study, a software module was developed to eliminate these shortcomings. It is planned that development will reduce the time from the start of design to the production of microcircuits.
Key words: microcircuit, electronic document management, LSI evaluation, «Kovcheg» CAD, LSI documentation.
Aleshina Valentina Ivanovna, senior software engineer, aleshfam@,list. ru, Russia, Moscow, Scientific-Manufacturing Complex «Technology Center»,
Gavrilov Sergey Vladimirovich, head of scientific research laboratory, s.gavrilov@tcen.ru, Russia, Moscow, Scientific-Manufacturing Complex «Technology Center»,
Bolotin Yuri Sergeevich, student, bolotin99@inbox. ru, Russia, Moscow, National Research University of Electronic Technology, Scientific-Manufacturing Complex «Technology Center»
УДК 004.032.26
ВЫБОР СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕТАНА
В УГОЛЬНОМ ЗАБОЕ
Д.М. Шпрехер, Г.И. Бабокин, Е.Б. Колесников
Рассмотрена проблема возможности непрерывного прогнозирования концентрации метана в рабочем забое угольной шахты с целью повышения безопасности проведения работ в лаве и увеличения объема добываемого угля за счет сокращения времени простоя очистного комбайна по газовому фактору. Проводится анализ существующих аналитических и статистических методов и моделей для прогнозирования опасности ситуации с метаном, которые не нашли практического применения. Предлагается решить эту проблему с помощью цифровых технологий, основанных на использовании искусственного интеллекта, в частности нейронных сетей. Показано, что для прогнозирования уровня концентрации метана в забое необходимо измерить концентрацию метана не менее чем в трех точках отработанного воздуха, а также параметры режима работы комбайна и его расположения в лаве. Представлен результат прогнозирования уровня концентрации метана для выбранной структуры нейронной сети. Анализ полученных графиков свидетельствует о приемлемости результата, точность прогнозирования составляет 93%. Внедрение предлагаемой технологии для прогнозирования уровня концентрации метана в лаве рабочего участка шахты увеличит безопасность операций при проведении добычных работ, а также увеличит количество добываемого угля за счет сокращения времени простоя комбайна по газовому фактору.
Ключевые слова: концентрация, метан, очистной комбайн, уголь, прогнозирование, нейронная сеть, среднеквадратичная ошибка прогнозирования.
В настоящее время одной из важнейших проблем горной промышленности, является повышение производственной безопасности, особенно шахт категорийных по метану. Метановыделение при проведении горных
