EDA激荡60年！

  很难确定一个行业的开始日期，以半导体为例。Bardeen, Brittain和Shockley 于 1947 年 12 月 16 日开启了第一个工作晶体管，但贝尔实验室直到 1948 年 6 月 30 日才向全世界宣布这一事件，直到 1951 年才通过许可其晶体管专利开启半导体行业那么，您认为半导体行业的起点在哪里？

  在 20 世纪 50 年代末和 1960 年代初，Pat Pistilli在贝尔实验室团队担任工程师，该团队正在为美国正在开发的反弹道导弹 (ABM：anti-ballistic missile 系统保障计划开发新型实时计算机陆军保护美国的洲际弹道导弹设施免受多枚来袭核导弹的威胁。为降低成本，安全保障组织需要利用再入弹道学上的细微差别来区分实际核武器和诱饵武器。为此，保Safeguard Program 需要一台非常快的计算机来分析来自陆基相控阵雷达系统的大量信号，该系统能同时跟踪多个目标。该计算机所需的估计速度为每秒 1000 万条指令 (MIPS)，由多处理器系统提供，每个处理器的工作速度为 1.5 MIPS。

  北达科他州卡瓦利尔县的 Stanley R. Mickelsen 安全保卫综合体使用由地下发电厂（左）供电的相控阵雷达（右）

  20 世纪 60 年代初，最大、最快的计算机是由单个晶体管构建的。 IC 尚未成熟到可以在系统中使用的程度。 Safeguard 计算机由小型模块构建，每个模块包含三个或四个分立晶体管。这些模块排列在 33×24 英寸的载板上，然后用绕线手工互连。这些载板入称为框架的冰箱大小的单元中，并通过背板互连。Pat Pistilli表示，Safeguard 电脑的冰箱大小的框架占据了四个房间。 （贝尔实验室熟悉绕线构造技术，因为它在其电话交换局的机电交叉开关中使用了这种类型的互连。事实上，贝尔实验室开发了该技术，随后将绕线工具制造外包给 Keller Tools。 ）

  Safeguard 计算机项目的规模和复杂性促使 Pistilli 开发了一种自动化系统，用于在载板上布置（放置）大约 30 个不同的标准化晶体管模块并将它们互连。从概念上讲，这些模块类似于当今用于 ASIC 设计的标准单元。 Pistilli 的系统称为 BLADES（贝Bell LAbs DEsign System)），将模块放置在载卡上，并将 Wire-Wrap 电线布线到各个模块。 BLADES 将每个载板所需的设计、布局和调试时间从六个月减少到一个月。由于存在管理电线布线方式的规则，BLADES 还包括一个早期的设计规则检查器。

  BLADES 软件在基于管（tube-based）的 IBM 704 计算机上运行，该计算机可以寻址 8096 个 36 位字的磁芯存储器，并具有 32 个磁带驱动器（magnetic tape drives）。当 Gardner Denver 开发出一种可以自动布线、切割、剥离和缠绕电线的自动化绕线机时，Pistilli 开发了一种控制器，允许 BLADES 计算机使用自动化 Gardner Denver 机器直接制造载板。载板的自动化生产将板的制造时间从一个月减少到一两天。 BLADES 显然是一个早期的 EDA 系统。

  EDA 会议的想法源于 Pistilli 与一位在 IBM 从事类似自动化工作的朋友喝酒时产生的想法。这位朋友的名字叫 Joe Behar，在 IBM 从事图形显示工作。两人定期会面，并意识到与更多也在应对类似挑战的工程师会面会很有用。 Pistilli 和 Behar 在 1962 年迈阿密举办的 IEEE 研讨会上组织了“物以类聚”（a Birds of a Feather）会议，该会议非常成功，Pat 和 Marie Pistilli 于 1964 年承办了第一届 SHARE 研讨会。该研讨会接待了 130 多名与会者并盈利。到了第三年，Pistillis 放弃了“SHARE”这个名称，该活动也被称为“DAC”。

  60 多年来，DAC 一直是人们开发或使用计算机来解决电子行业设计和制造挑战的熔炉。最初，由于没商业 EDA 行业，大型系统制造商与半导体制造商都在编写自己的软件。除了贝尔实验室和 IBM 之外，许多大学也在进行重要的 EDA 软件开发，包括加州大学伯克利分校 (UC Berkeley)、加州大学圣地亚哥分校 (UCSD)、加州大学欧文分校 (UCI) 、南加州大学 (USC)、卡内基梅隆大学、密歇根大学、麻省理工学院、德克萨斯大学奥斯汀分校和斯坦福大学等等。通用电气、英特尔、RCA、德州仪器等已达到足够规模的半导体制造商也在开发自己的EDA软件工具，并创建了大型设计自动化部门来开发和维护这些工具。

  来自这些不同组织的代表发现 DAC 是分享设计自动化想法并争论这些想法优点的理想场所。随后，一些更具创业精神的 DAC 与会者开始创办公司，向电子系统公司与半导体制造商提供商业 EDA 工具。商业 EDA 行业始于 20 世纪 60 年代，但直到 1984 年（即该活动创办 20 年后）才在 DAC 上正式展示其产品。在我 1986 年的第一次 DAC 上，会议的执行委员会已经在讨论如何在仅仅两年的展品容纳之后，不让商业展品将活动变成“马戏团”。这是一次公开会议，据我记得，讨论非常激烈。

  商业 EDA 公司在 20 世纪 60 年代慢慢的出现，并形成了某种趋势。在每一代更先进的新 EDA 工具中，三个公司往往占据主导地位。第一代 EDA 是数字化时代。计算机和数字化仪（Computers and digitizers）开始取代包括电气和电子工程在内的所有工程学科中的绘图台和机械绘图机（drafting tables and mechanical drafting machines）。

  在深入研究这三个先驱公司的历史之前，了解 20 世纪 60 年代初期的电子设计状况很重要。毫无疑问，您一定见过大型工程绘图的照片，里面摆满了绘图台和机械绘图机。尽管这些照片大多数代表机械、航空和土木工程操作，其中设计了汽车、飞机和结构，但电子设计是相似的。工程师会使用自动铅笔和橡皮在大张牛皮纸上绘制框图或原理图来开始电子设计。从那时起，设计可能会成为印刷电路板，或者最终成为集成电路。然后，电路板或 IC 布局设计人员会将原理图设计转换为物理布局。

  在 CAD 系统出现之前，多层电路板的开发是利用黑纸皱纹胶带和预切粘合垫手工粘贴迹线来开发的。 Bishop Graphics 是这些布局材料的主要供应商。最终，Bishop Graphics 及其竞争对手开始为晶体管和 DIP IC 等流行元件生产图案。这些多焊盘图案有助于加快电路板设计速度，但这仍然是一个缓慢且容易出错的手动过程。 （注：我在 20 世纪 60 年代和 1970 年代初在高中时使用这一些产品设计电路板。） 手工编带板（Hand-taped boards）很有特色。这些板上通常没有直的电路走线，只有弯曲的电路走线。

  IC 设计需要更高的精度来制作图案掩模（photographic mask）布局。 IC 布局人员开始擅长从一种称为剥离涂层的材料上切割掩模设计。最著名的剥离涂层品牌是 Ulano Corp 的 Rubylith，该品牌在商业图形行业非常受欢迎，这一行业比 20 世纪 60 年代的芯片制造规模大得多。

  IC 掩模设计者熟练地切割和剥离红宝石片材（peeling sheets of Rubylith），以生产放大的光刻掩模，然后将其光学缩小到实际尺寸以用于 IC 制造。在切割红宝石时，需要稳定的手和高度集中的注意力才能用 X-Acto 刀。与电路板层的图案制作一样，IC 掩模制作是一个缓慢且容易出错的手动过程。幸运的是，早在 20 世纪 60 年代，IC 就只需要很少的掩模。然而，随着 IC 慢慢的变大，掩模层数量不断增加，整个流程自动化的压力也慢慢的变大，电路板制造也是如此。

  从手动掩模制作转换为自动化掩模制作的第一阶段是将手绘掩模数字化，然后使用数字化文件驱动光绘图仪，将数字化图案直接写入照相胶片上。

  第一家提供此类系统的公司是 Calma，该公司于 1964 年由 Ron Cone、Calvin 和 Irma Louise Hefte 以及 Jim Lambert 创立。 Calma 的第一个产品是大型平板数字化仪（digitizer ），可以将图纸或其他片材中的数据数字化。这些数字化仪用于从地图制作到印刷电路板和集成电路制造的多种应用。 Calma 数字化仪使用受限制的光标，通过 X 和 Y 电缆将其固定在数字化表面上。由于 X 轴和 Y 轴可以独立锁定，Calma 数字化仪非常适合于数字化印刷电路与半导体设计，因为它们能轻松绘制水平和垂直直线。这些数字化仪会将数字化坐标输出到穿孔卡或磁带上进行存储。

  最初，Calma 数字化仪基于使用硬连线逻辑的专有电子设备。 （对于微处理器来说还为时过早。）Calma 随后开发了一种基于 16 位 Data General Nova 1200 小型计算机的数字化仪新控制器。与早期的硬连线数字化仪一样，计算机化数字化仪将数据输出到穿孔卡或磁带。高端设备将数据存储在硬盘上。然后，在 1969 年中期，Calma 聘请了 Joe Sukonick，他为 Nova 1200 小型计算机开发了附加软件，将数字化仪转变为交互式图形系统。他开发的系统出现于 1971 年，被称为图形数据站或 GDS。与当今的大多数系统一样，Calma 的 GDS 利用泰克存储管显示器（Tektronix storage tube display）添加了图形交互性。

  LeadIC Design Canada 首席战略官、《CMOS IC Layout: Concepts, Methodologies, and Tools》一书的作者 Dan Clein 最近在 LinkedIn 一篇有关芯片设计早期的帖子中发表评论，回忆了他在摩托罗拉的日子半导体行业早在 1984 年就开始使用 Calma CAD 系统来进行 IC 设计。当时，Clein 使用彩色铅笔、半透明塑料聚酯薄膜和 Calma 数字化系统来开发各种 IC 掩模层。他用红色铅笔表示多晶硅 FET 栅极层，黄色表示扩散掩模层，绿色表示 P+ 离子注入层，紫色表示 n 阱扩散，蓝色表示单金属掩模层，黑色表示接触切口。除紫色外，这些颜色与第 64 页中描述的颜色相同，并用于在 Mead-Conway 开创性的书籍《Introduction to VLSI Systems》中的色板图像上说明 IC 层。

  Clein使用具有三种不同比例的三角尺制作了一个大型背光灯台，使特征缩放变得更容易。绘图比例为 1000 倍，因此图纸上的一毫米代表最终 IC 掩模上的一微米。这是一个完全手动的设计过程，因此存在很多错误和重新绘制的线条。 Clein 使用可充电电动橡皮擦来帮助纠正错误并做出 ECO 改变。当图纸完成并检查后，每张聚酯薄膜都通过 Calma 系统手动数字化。

  （作者注：20 世纪 70 年代中期，我在 Hewlett-Packard 使用相同的设计技术来定义电路板的掩模层。）

  尽管公司被出售，其产品也从市场上消失，但 Calma 从未真正从电子领域消失。原始 GDS 系统及其后继系统（1978 年推出的 GDS II）的数据格式沿用并仍然是 IC 行业用来定义 IC 掩模组层的标准数据库格式。 GDS II 文件是整个 IC EDA 行业所依据的基础交换标准之一。

  Applicon 是三大 CAD 公司中下一个成立的公司。一群程序员——Gary Hornbuckle、Fontaine Richardson、Richard Spann 和 Harry Lee——当时在麻省理工学院林肯实验室研究高级交互式图形，他们都以为这项技术将为一家新公司奠定良好的基础。最初，他们将公司命名为 Analytics, Inc。但是，“Analytics”这个名称已被占用，因此创始人发明了新名称：Applicon。

  林肯实验室所做的部分工作是开发使用手写笔在平板电脑上输入的命令手势。这种形式的命令输入成为 Applicon 产品的定义特征之一。 GE是早期投资者，最终拥有该公司28%的股份。最初，该公司的目标是印刷电路板和集成电路设计。早期的系统基于 IBM 的 1130 计算机，并使用来自 MIT 衍生公司 Computek 的带有存储管显示器、键盘和平板电脑的交互式终端。 Applicon 选择了 IBM 1130 计算机，因为它可以租赁，并且 Applicon 认为避免最初购买硬件将有利于某些销售情况。然而，Applicon 在只销售了少量基于 IBM 的系统后，转而使用数字设备公司 (DEC) PDP-11 小型机。该公司几十年来一直与 DEC 合作。

  到 1980 年，Applicon 开发了机械 CAD 软件，例如实体建模软件包。该公司最强劲的市场仍然是电子设计，但未来销售潜力最大的似乎是机械 CAD 系统，因此 Applicon 相应地着重关注其软件开发。 Applicon 于 1980 年 7 月 22 日上市。在 Applicon 公开发行之前，通用电气提出收购其不拥有的该公司剩余 72% 的股份，但遭到拒绝。随后，GE 收购了另一家 CAD/CAM 供应商并收购了 Calma。仅仅 14 个月后，Schlumberger以全股票交易收购了 Applicon。然后，在 1985 年，Schlumberger将 Applicon 与专门从事数控软件的 MDSI 合并。与此同时，Schlumberger剥离了 Applicon 的电子业务，并将其分配给Schlumberger司结构内的另一个名为 Factron 的实体，该实体生产电子测试设备。结果，Applicon 的电子业务萎缩了。

  Schlumberger于 1986 年撤销了这一决定，但损害已造成。电子设计应用程序已从公司的基本的产品供应上升到销售额的 10% 左右。 Applicon 现在绝大多数都是一家机械 CAD 公司。到 1993 年，Schlumberger似乎厌倦了 Applicon，并将其卖给了一家名为 Gores Enterprises（现称为 Gores Group）的私募股权集团，该集团专门收购属于大公司子公司的技术相关公司，削减员工和管理费用，并专注于对现有客户的销售。到 1999 年，Gores Enterprises将 Applicon 的剩余资产卖给了 Unigraphics Solutions。那时，Applicon 的收入大多数来源于软件维护。

  Villers 和 Allen 计划进入 CAD 市场，专门针对电子市场，但公司在开发 CAD 产品时需要立即获得收入，因此 Villers 设计了一款自动掩模对准机，出售给半导体行业。他从新兴半导体设备行业的早期进入者 Kulicke & Soffa 购买了手动掩模对准器，并添加了机械驱动机构和控制电子设备，将对准器转换为自动化使用。 Computervision 的 Autolign 迅速成为该公司的畅销产品，并且多年来一直是该公司的重要收入来源。

  CADDS-3 专注于 3D 机械设计，公司开始对电子市场失去兴趣。 1981 年 1 月，Villers在两项新的合资计划遭到拒绝后离开了公司。其中一项建议是建立一种低成本系统，将计算机和终端组合成一个集成系统。今天，我们将这些称为系统工程工作站，它们将在 20 世纪 80 年代成为一项巨大的业务。Villers的另一个建议是将Computervision带入机器人和人工视觉市场。离开 Computervision 后，Villers 创立了一家名为 Automatix 的公司，进入了这两个市场。

  这些公司并不是 CAD 公司，因为电子行业现在需要的设计支持超出了计算机辅助绘图所能提供的范围。该行业需要 CAE（计算机辅助工程）系统来提高生产力，该系统是为满足开始开发复杂多层电路板、定制 IC 和门阵列的电子工程师的需求而量身定做的。 20 世纪 80 年代，三个新公司崛起，引领了这个爆炸性的新市场。

  到 20 世纪 70 年代末，包括 Calma、Applicon 和 Computervision 在内的领先 CAD 公司开始对电子市场失去兴趣，转而转向机械 CAD。这种兴趣的缺乏很可能反映了电子与半导体公司对高效绘图系统之外的其他东西的需求。 CAD 系统生成的绘图完全能生成电路板和 IC 的光掩模，但这些系统能够理解多边形。他们不理解这些多边形所代表的电子设备。 CAD 系统可能知道 14 针和 40 针 DIP 之间的区别，但他们不知道 NAND 门、微处理器或 DRAM 是什么。

  1976 年，施乐帕洛阿尔托研究中心邀请米德教授他的课程的高度压缩的 3 天版本。 1973 年加入 PARC 的林恩·康威 (Lynn Conway) 就在观众席中。在加入 PARC 之前，Conway 在 IBM 和 Memorex 开发计算机架构。她抓住了 Mead 的想法，开发了可扩展的设计规则和用于开发 VLSI IC 的正式方法，并创建了一种多项目芯片 (MPC：multiproject chip) 方法，用于将多个设计放在一个晶圆上，以降低 IC 原型设计的成本。

  1976 年初，施乐帕洛阿尔托研究中心 (Xerox PARC) 和加州理工学院 (Caltech) 启动了一项合作研究项目，旨在探索更简单的硅设计系统方法。加州理工学院的米德和帕洛阿尔托研究中心的康威加入了该项目。 Mead 向 PARC 教授 MOS 设计，Conway 向 Mead 教授计算机架构和设计。加州理工学院硅结构项目的别的企业合作伙伴包括 IBM、英特尔、数字设备公司和惠普。这次合作最重要的成果被称为 VLSI 设计的 Mead-Conway 方法。 1976 年 Mead 在 PARC 发表演讲后不久，Doug Fairbairn 就开始为 Conway 工作。 Fairbairn在他的口述历史中描述了所发生的事情：

  “因此，在 76 年到 78 年期间，我主要与 Lynn [Conway] 合作，帮助完善这种方法并找出哪些有效，哪些无效，设计芯片，制造它们，弄清楚如何你”我们要制作掩模，怎么来制作多项目芯片。另一个人艾伦·贝尔（Alan Bell）当时也加入了。因此，林恩 [康威] 开始围绕整个活动建立一个真正的小组。然后就在那里，我不明白他们具体何时开始，但林恩和卡弗开始合作编写《Introduction to VLSI Systems》一书。

  “……任何一个人都问，是Carver写的吗？是Lynn 写的还是别的什么？显然，核心思想都是从Carver开始的。Lynn 的背景是计算机体系结构。但她能够正常的看到——她能够正常的看到 VLSI 所承诺的未来，就像 Ivan Sutherland 看到的那样，如何将某些计算机架构映射到非常高密度、高性能的 VLSI 电路中——如果你认为它们是 VLSI 架构，而不是普通的门级架构。”

  “……Lynn与Carver合作写了这本书。Lynn亲自写了这本书。我认为书中的每个角色都是Lynn打造的。但大多数高层次的想法都来自Carver。所以，Carver仍在加州理工学院任教。他每周会来一两天。他们通常会坐在Lynn的办公室里聊天。Lynn会打字，因为她有一台 Alto（电脑）并且正在打字。使用 Alto，您可以绘制图表和图片以及所有这么多东西。所以，她创作了那本书，实体地创作了这本书，并且我确信，她贡献了许多详细的想法、说话的方式等等。她很注重细节。所以，这在很大程度上是一次合作。我的意思是，假如没有他们中的任何一个，这本书就不也许会出现。Carver永远都不可能写它。Lynn永远都不可能有这个想法。所以，这是一个完美的合作范例。”

  Mead-Conway 设计方法的消息通过 IC 设计的大学课程和企业课程传播开来。

  1978 年，Conway 依据这一些材料在麻省理工学院教授了类似的课程，她丰富的讲师笔记和录像带被数十名大学教授用来培训整整一代 IC 设计工程师。基于这种方法并使用教科书手稿和Conway 教学笔记和录像带的课程由加州理工学院的Ivan Sutherland、卡内基梅隆大学的Robert Sproull 和圣路易斯华盛顿大学的Fred Rosenberger讲授。

  突然之间，更多想要设计自己的专用 IC 的工程师现在有了一种方法来实现这一目标。当然，他们要更好的工具。因此，Mead-Conway VLSI 设计方法引发了计算机辅助工程 (CAE：computer-aided engineering) 工具的新浪潮，并培训了许多开发这些工具的工程师。这一浪潮在 20 世纪 80 年代初袭来，三家公司的诞生在这十年中占据主导地位：Daisy Systems、Mentor Graphics 和 Valid Logic。

  “在英特尔，我的一位同事决定创办自己的公司。他正在享受一生中最快乐的时光。我看到他的公司从构思阶段到交付产品的进展，我决定这就是我想做的事情。我花了很多夜晚和周末与我的第一家公司 Daisy Systems 的另一位最终创始人一起集思广益，讨论了几个不同的想法。”

  “我们问了很多问题：这样的产品有市场吗？我们大家可以建造它吗？我们会把它卖给谁？我们回到了一个接近我们所知道的想法。 Daisy Systems 将构建软件，英特尔的工程师能够正常的使用该软件更好地设计微处理器。他们的工作将变得不那么劳动密集并且更高效。 Daisy 从 1980 年中期的一个想法发展成为 1985 年底价值 1.4 亿美元的公司。”

  Stamm提到的同事是阿耶·费内戈尔德（Aryeh Finegold），他在开始工程生涯之前曾担任以色列国防军的伞兵指挥官。1977 年，他移居美国，开始在英特尔工作，领导一个开发下一代微处理器架构的团队。在英特尔工作期间，他注意到电子设计缺乏自动化，并决定他可以为此做点什么。 Finegold 和 Stamm 从英特尔招募了其他几位工程师，并创办了 Daisy Systems。他们还聘请了 Calma 电子部门的营销副总裁 Harvey Jones，并任命 Vinod Khosla 为首席财务官。

  Daisy 迅速成为 CAE 领导者，提供用于原理图捕获、逻辑仿真、模拟 SPICE 仿真、时序验证、参数提取、印刷电路板设计与半导体芯片布局的各种设计工具。正如当时常见的那样，Daisy 设计了自己的工作站来运行其设计工具。 Daisy 的 Logician 和 Gatemaster 工作站及其后续产品基于 Intel 微处理器，并添加了硬件图形加速。

  从 1980 年到 1985 年，Daisy 的销售额从零飙升至 1.22 亿美元，但公司的命运在 1986 年发生了逆转，因为其专有工作站的选择使公司陷入了困境。对于 CAE 时代的多家公司来说，同时升级 CAE 软件和工作站的硬件设计是一个糟糕的决定。 1986 年中期，Daisy 的股价从 37 美元跌至 5 美元，董事会罢免了 Finegold。 1989 年，Finegold在接受媒体采访时为自己的记录进行了辩护，他说：“多年来，任何向 Daisy 投资 10,000 美元的人都会收到 300 万美元。如今，Daisy 的前 200 名员工全部都是百万富翁，这中间还包括秘书和门卫。”

  1988 年，Daisy 决定通过收购 Cadnetix（另一家成立于 20 世纪 80 年代初、专门从事印刷电路板设计的 CAE 公司）来尝试增强其销售额。Daisy 聘请Bear Stearns作为此次收购的财务顾问。然而，Cadnetix 不希望根据拟议条款被收购，因此 Daisy 通过收购 Cadnetix 股票发起了敌意收购。Bear Stearns和Daisy随后修改了合作条款，表示Bear Stearns还将协助Daisy获得交易融资。Bear Stearns签发了两份金额分别为 5000 万美元和 1 亿美元的高度自信的信用证，为该交易提供融资。

  在得知Bear Stearns有意为此次收购提供资金（无论是敌意与否）后，Cadnetix 改变了立场，开始就友好收购或合并进行谈判。 Daisy 和 Cadnetix 同意分两阶段合并，Daisy 将首先以现金购买 50.1% 的已发行 Cadnetix 股票。然后，六个月后，Daisy将使用现金和可转换债券购买剩余的股票。完成第一期后，Daisy开始安排第二期的融资，但事情进展并不顺利。Daisy被迫向Bear Stearns申请过桥贷款。该请求被拒绝，但Bear Stearns告诉黛西，海勒金融愿意为第二阶段的合并提供资金，但条件对Daisy不利。最终，整个反向收购/合并失败了。合并后，Daisy 的财务情况恶化，债权人迫使该公司于 1990 年根据美国破产法第 11 章非自愿破产。

  （注：从 1982 年到 1985 年，我在 Cadnetix 设计了基于 Motorola 68000 微处理器系列的工作站。在这次合并业务开始之前我就离开了。）

  Anderson来到 LLNL 并非偶然。这些都是熟悉的地方。当 LLNL 更名为加州大学辐射实验室利弗莫尔分校时，安德森在 LLNL 获得了自己的博士学位。他曾在开发hydrogen bubble chamber的团队中工作，该室用于研究粒子相互作用和共振态。 Luis W Alverez 教授领导了该团队，并因这项工作荣获 1968 年诺贝尔物理学奖。当联邦为 LLNL 的工作提供的资金开始枯竭时，Anderson离开了 LLNL，开始发展高科技业务。

  这三人同意与 Anderson 一起创立 Valid Logic Systems，该公司于 1981 年 1 月成立。最初，Widdoes 加入 Anderson 一起创办了公司。 McWilliam 和 Rubin 留在 LLNL 完成 Mark IIA 计算机，但同时担任 Valid Logic 的顾问。 SCALD 软件已进入公共领域，成为 Valid Logic Systems 开发的工具的原型。事实上，该公司最初的名称是 SCALD Corp，但财务支持者并不关心这一个名字。 SCALD 工具是大学级别的。它们没有被产品化，而是用 Pascal 编写的，因此在 Valid 工具的开发过程中，它们被完全用 C 重写，该工具最初专注于门阵列和电路板设计。与 Daisy 一样，Valid 选择设计和构建自己的工作站硬件。这是一个显而易见的选择，因为该公司是由一群计算机设计师创立的。

  最初，Valid Logic Systems非常成功。该公司于 1983 年成功首次公开募股，即成立仅两年。公司的成功仍在继续，Valid 于 1988 年 1 月收购了 Calma（最初的三大 CAD 公司之一）的电子部分。然而，跟着时间的推移，专有工作站的使用被标准工程性能的逐步的提升所掩盖。 Apollo、Hewlett-Packard 和 Sun 等公司的工作站。Anderson坚持要求 Valid 保留其专有的工作站设计，而该公司开始落后。 Cadence Design Systems 于 1991 年收购了 Valid。

  与在硅谷及其周边地区起步的 Daisy 和 Valid 不同，Mentor Graphics 的故事始于更北的俄勒冈州比弗顿。 Tom Bruggere 在主要大型计算机制造商之一的 Burroughs 工作了几年后，于 1977 年初加入泰克（Tektronix）。他离开Burroughs是为了躲避南加州拥挤的人群。Bruggere的专长是软件。在 Burroughs，他开发了操作系统。在泰克，他负责管理公司台式计算机的软件应用程序开发。当时，泰克公司提供了一款基于该公司存储管显示技术的台式计算机。显示技术在 20 世纪 70 年代几乎被所有 CAD 公司所采用，但泰克并不是一家计算机公司，其 4051 台式计算机配备 8 位摩托罗拉 6800 微处理器以及大型、缓慢的 DC300 集成磁带驱动器，无法与 Tektronix 竞争。诸如主要竞争对手惠普的 9825 和 9845 之类的机器。 （相信我，我当时在惠普台式电脑部门工作。）

  泰克于 1979 年开始开发下一代台式计算机。该公司计划开发自己独特的微处理器 IC，从头开始为该专有处理器编写操作系统，为其独特的存储管显示器创建图形子系统，并开发用于这个完全专有系统的应用软件套件。Bruggere看出这一个项目正在走向麻烦，当它在 1980 年崩溃时，他开始认真考虑创办自己的公司。

  Bruggere与他的一些朋友和同事聚在一起，下班后，他们讨论了他们可能创建的公司类型。同事之一杰拉德·H·兰格勒 (Gerard H. Langeler) 在一篇题为“The Vision Trap”的文章中写道：

  “根据我们的才能和背景，我们大家都知道该产品应该与计算机图形学有关，并且没过多久我们就确定最有前途的应用领域是计算机辅助工程或 CAE——计算机图形学的自动化为设计复杂集成电路和印刷电路板的工程师提供原理图捕获和仿真。”

  随着企业成立并选定工作站硬件，核心团队开始招募工程师（主要来自泰克）来开发所需的软件。他们的目标完成日期是 1982 年 6 月在拉斯维加斯举行的设计自动化会议。他们在最后一刻匆忙完成 IDEA 1000 CAE 工作站，但及时做好了演示准备。 IDEA 1000 CAE 工作站大受欢迎，Mentor 团队为未来的销售拜访做了多次预约。到 1982 年底，该公司成功交付了价值约 160 万美元的 CAE 系统。从那时起，Mentor 的收入稳步攀升，直到 1990 年出现了麻烦。

  Mentor 决定重写其整个软件套件，以适应具有统一数据库的统一框架。新产品被称为version 8.0（eight dot oh）。然而，该公司在应对version 8.0时本质上是试图吞下一条鲸鱼。该产品延迟严重，以至于“eight dot oh”在 Mentor 销售人员和客户中被广泛称为“late dot slow”。更糟糕的是，由于 Mentor 的客户知道该软件的新版本即将推出，因此由于奥斯本效应，当前产品的销量在 1991 年下降，并在 1992 年和 1993 年继续下降。当version 8.0最终到来时，它的性能验证了其绰号中的“slow”部分。Mentor 现在正处于严重的生存危险之中。Langeler和Moffenbeier离开了公司，新任首席执行官Wally Rhines上任。随后，Mentor 为生存经历了痛苦的转变——不再是一家 CAE 公司，而是一家 EDA 公司。

  然而，摩尔定律导致 IC 的复杂性远远超出了这些 CAE 设计工具套件的能力。更复杂的 IC 需要更精细的工具来进行逻辑仿真、时序分析和设计规则检查，从而推动 CAE 时代演进到 EDA 时代。与 CAD 和 CAE 时代一样，三个公司再次主导了 EDA 时代：Cadence、Synopsys 和 Mentor Graphics。

  Jim Solomon 于 1960 年越南战争期间从加州大学伯克利分校获得了电子工程硕士学位。他很快就在加利福尼亚州里弗赛德的摩托罗拉系统研究实验室找到了一份工作，因为正如Solomon 在他的口述历史中解释的那样，“这必须是一份国防工作，否则我就会被征召入伍。”在雷达和导弹控制管理系统领域工作了三年后，他想到自己不想再从事军事项目了。 Solomon 调到位于菲尼克斯的摩托罗拉半导体产品部门，并在接下来的七年里设计模拟 IC，包括运算放大器、稳压器、模拟乘法器、TV电路和立体声解码器。

  随后，C. 莱斯特·霍根 (C. Lester Hogan) 和他的几位副手离开了摩托罗拉，以填补仙童半导体公司因罗伯特·诺伊斯 (Robert Noyce)、戈登·摩尔 (Gordon Moore) 和其他几位才华横溢的经理和技术人员离开而造成的管理漏洞。和半导体中的空洞流有些奇怪的相似之处，霍根的离开在摩托罗拉造成了类似的空洞，Solomon开始寻找替代工作。他加入美国国家半导体，管理一个开发混合信号模拟器件的团队，包括 A/D 和 D/A 转换器、开关电容器滤波器和电话 IC。

  早期的个人电脑激起了Solomon的好奇心，因此他购买了一台 Radio Shack TRS-80 微型计算机并自学了如何编程。不久之后，他将 1974 年有关该主题的技术论文中的运算放大器理论编码到 TRS-80 中，并开始为他的团队在国家半导体开发的模拟电路开发高级计算机宏模型。很快，他就拥有了一个模型库，这中间还包括迄今为止设计的所有重要运算放大器。他还使用电话调制解调器连接到运行 SPICE 电路模拟器的分时计算机，对测试电路进行了编码并在 TRS-80 上运行电路模拟。 Solomon 的宏模型的工作速度比晶体管级 SPICE 模型快 100 倍。一路上，Solomon还学习了如何编写编辑器、解析器、测试语言和控制程序。与此同时，在国家半导体，IC 变得太大而没有办法进行手动设计，而Solomon的 TRS-80 经验表明计算机能够给大家提供帮助。

  1980 年左右，Solomon开始与加州大学伯克利分校的Don Pederson 教授（SPICE 的创建者）、Alberto Sangiovanni-Vincentelli 和 Richard Newton讨论他的 IC 设计自动化想法。最初，Solomon认为他会为国家半导体公司的团队开发设计工具。最终，Solomon意识到他的想法和抱负对于一家半导体公司来说太大了。在他的口述历史中，他说：

  “我考虑了几个星期，最后决定最好的方法是成立一家由半导体公司联盟（CAD 工具的客户）资助的新公司。对于像美国国家半导体这样的公司来说，单独融资需要太多资金。”

  Solomon向国家党首席执行官Charlie Spork 提出了这个想法。在他的口述历史中，他说：

  “大多数首席执行官都会担心我可能会跑去一家初创公司——他们会尽一切努力劝说我不要这样做。那是我的顶头上司的立场。Charlie却反其道而行之。他尽其所能地帮助了我，并成为了这家新企业的第一位投资者。”

  SDA 主要专注于 IC 设计工具，反映了 Solomon 在 IC 设计方面数十年的经验。随着销售额的增长，SDA 于 1987 年开始考虑首次公开募股。该公司为首次公开募股做好了准备，并将其定于 1987 年 10 月 19 日星期一。在股票市场上，这一天被称为黑色星期一，因为这一天是道琼斯工业指数平均下降22.6%，为此SDA 取消了 IPO。

  “……Ron搬过很多地方，在在 SMU 的停留时间并不长。大约一年、一年半后，他继续前进，最终来到了通用电气。当我完成课程作业时，是时候弄清楚博士论文要做什么了。他仍然隶属于 SMU，他说：“你为啥不来我家住几天呢？”当时，他在弗吉尼亚州夏洛茨维尔。

  “我最终在他的地方呆了三个月，这给指导某人的概念赋予了新的含义。事实上，我认为Ron一生中大约只有八九个博士生，而且我认为他们都做出了各种各样的形式的相当好的贡献。但其中一部分是通过一起喝一杯酒来培养的。

  “但发生的另一件事是，当我在那里呆了三个月时，他同时成为了通用电气的经理，并基本上与我签约开始在通用电气工作。他说：“好吧，你在通用电气工作期间可以攻读博士学位。”好吧，现实是，我确实在晚上完成了博士学位，很快 GE 的工作就变得很有趣，而且我也有机会在那里构建东西。”

  GE 是最早的半导体制造商之一，于 1954 年创建了 GE Solid State 来生产锗晶体管。该公司于 1980 年收购了半导体制造商 Intersil，然后于 1981 年 4 月 1 日收购了最初的 CAD 公司之一 Calma。GE 还在北卡罗来纳州创建了一个电子设计自动化小组，Rohrer 和 de Geus 于 1981 年搬到了那里。 1985 年的经济低迷加上 Calma 糟糕的财务业绩极度影响了通用电气首席执行官杰克·韦尔奇的管理智慧。韦尔奇认为还有更有利可图的事情可以做，通用电气失去了对半导体的兴趣。

  面对迫在眉睫的裁员（韦尔奇的绰号是“Neutron Jack”，因为他轻松地解雇了通用电气的员工，同时保留了建筑物以削减成本并提高生产率），de Geus采访了其他涉及半导体的公司，发现许多技术GE的设计自动化小组开发的软件相对于其他公司的类似部门来说是相当先进的。

  于是，de Geus以Jim Solomon最初的SDA商业计划为模板，为一家EDA公司写了一份商业计划，并提交给GE的副董事长。在那次会议上，他得到了肯定，并承诺提供 100 万美元的风险投资。他的商业计划要求筹集 500 万美元，因此他所需要做的就是再筹集 400 万美元。

  这项任务花费了一个多小时，de Geus 也于 1986 年创立了自己的 EDA 业务，最初称为 Optimal Solutions。一年后，该公司更名为 Synopsys。该公司的第一个产品是逻辑综合工具。

  此前，GE 的设计自动化团队开发了一种名为 SOCRATES 的逻辑综合程序，以帮助开发 GE 门阵列的设计。正如de Geus在他的口述历史中所解释的那样：

  “第一个好处是您可以编写函数，20 分钟后，您实际上就会得到一个网表。这是所谓的自动化。第二个好处是，与手动操作相比，[SOCRATES]通常使用更少的门。就在那里，这是一个很大的好处，因为越少越好，因为越少的芯片最终会进入更小的区域。后来的好处是，随着我们的发展，我们也设法开始考虑，“好吧，通过这一个的最长信号在哪里，我们大家可以让它更短吗？”即，我们能让电路更快吗？在接下来的几年里，它本身发生了巨大的变化，并在这一个故事的后面真正成为了一个与众不同的因素。但本质上，它是人类能够实现的步骤的自动化，如果你有三、四个门，人类就非常好。当你有了 30 个[门]的时候，就线个的时候，手动就完全不可能了。”

  “他们决定做一个基准测试，基准测试意味着当时人们会给我们一个他们已设计好的电路，看看我们是不是可以改进它。我们把电路放进去，实际上只用了几分钟，我们就得到了尺寸缩小了 30%、速度加快了 30% 的东西。当然，第一反应是：‘这是错误的。不可能。我已经在这条赛道上辛苦工作了三周或三个月。这不可能是正确的。好吧，我们回家看看。”大约两三周后，他们回来说这是对的。 我们检查了一下。这确实有效。”

  “Mentor 对Version 8.0的押注使其从 EDA 领域的第一名上跌到第三名。大多数软件公司永远无法从这种衰退中恢复过来。然而，我带着乐观的态度来到 Mentor。毕竟，大多数产品迭代失败的企业能迅速转向现有的其他创新，并重新产生动力。然而，货架上没太多可供构建的东西，公司中几乎任何一个人都被转移到 Falcon [Version 8.0] 项目以试图挽救它。

  “通过一些痛苦的裁员和Version 8.0支出的减少，我们也可以阻止现金流失，这使我们也可以找到能成为事实上标准的领域。架子上并不是完全空荡荡的。例如，尽管 Falcon 8.0 版本过渡遇到困难，Mentor 的系统模块设计业务仍然取得了成功。当时负责 PCB 业务的 Russ Henke 并不相信Version 8.0能够发挥作用。因此，他走上了许多公司常见的一条悄悄不合规的道路。他指示他的 PCB 团队开发一个与 Version 8.0接口的“Version 8.0”，以防万一它起作用，然后继续投资传统的 PCB 设计业务，在整个 Version 8.0混乱时期和进入 1990 年代，PCB 收入持续增长。

  “在宣布Version 7.0不会扩展，但只要该环境可用时就会被 Version 8.0取代后，Mentor 销售人员基本上没有什么可卖的。创新的销售团队与“增值服务”团队合作，为不受Version 8.0过渡影响的现有产品寻找新用户。 PCB 原理图捕获（schematic capture）就是这里面之一。他们[增值服务集团]（the Value Added Services group）在波特兰找到了当地客户 Freightliner，该公司制造卡车，现在归戴姆勒所有。

  “说服他们从手动布线设计转向 EDA 并不是特别容易，但他们成为了名为“LCable”的“field-developed”产品的第一批采用者，该名称反映了其在布线设计和验证中的使用以及卡车和汽车的线束。其他汽车和航空航天公司的采用进展缓慢，但从 1992 年开始的十年里，汽车和航空航天电子的复杂性大幅度提升，以至于对 EDA 的需求变得显而易见。”

  Rhines 在德州仪器 (TI) 工作时是 Mentor 的客户之一，他知道 Mentor 拥有领先的仿真技术。不幸的是，该技术已被出售给 Quickturn Design Systems。 Rhines 还知道 Mentor 已经签署了 TI 物理验证软件的 OEM 许可协议，并将其作为“Checkmate”工具出售，因此这似乎是该公司的一个可能的优势。然而，TI 拒绝延长 Checkmate 许可证，因此 Mentor 购买了该软件的权利，重写了该软件，并以“Calibre”的名称进行销售。新工具箱中又多了一项工具。 Mentor 能够让主要的 IC 代工厂（TSMC、UMC 和 GlobalFoundries）采用 Calibre。

  Rhines写道：“随着事情的进展，Mentor 拥有了许多强大的、甚至是一流的工具：Calibre 物理验证、Tessent 测试设计、Expedition PCB 设计、Calypto/Catapult 高级综合、汽车嵌入式电子科技类产品以及其他八个工具，按照官方 Gary Smith EDA 分析中提供的指标。幸运的是，Synopsys 最终决定他们不必做所有事情；他们只需要做一些事情即可。他们能够追求 Mentor 没有追求的新领域。这使得多元化水平在 EDA 行业中并不常见。”

  在努力扭转局面的过程中，Rhines 成功创建了 Mentor 的 EDA 帝国。舞台已经搭建好了。 EDA版本的《权力的游戏》即将开始。

  SDA于1987年与ECAD合并成立Cadence，新公司的第一次收购是在1989年。迄今为止，该公司已进行了近40次收购；Synopsys 成立于 1986 年，首次收购发生在 1990 年。迄今为止，该公司已进行了 100 多次收购；Mentor Graphics 在 1993 年左右从一家垂死的 CAE 公司转型为一家充满了许多活力的 EDA 公司，其转型后的第一次收购是在 1997 年。该公司在 2017 年被西门子收购之前至少进行了 15 次收购。

  这三家领先的 EDA 公司都参加了这场收购竞赛，试图在 EDA 领域超越其他两家竞争对手。

  这三大EDA公司的收购行为体现了一个微观的EDA行业，该行业产生了一些以被收购为最大的目的的EDA初创公司。已故的 Jim Hogan 于 30 多年前在 Cadence 开始了他的 EDA 之旅。他既是一名顾问，其建议受到 EDA 社区的广泛征求，又是 EDA 初创公司的开发商，准备被三大 EDA 公司之一收购，首先是通过 Cadence 的 Telos Venture Partners，后来是通过他自己的 Vista Ventures。该公司由他与他的朋友Scott Becker共同建立，Hogan会找到一些有想法的聪明的创业工程师，为他们提供资金或获得资金，然后在稍后的某个时间通过为公司寻找买家来收获他的投资。我有幸成为Jim Hogan的众多朋友之一，他也于 2021 年去世。

  以下是三大 EDA 公司的收购清单，按日期、被收购企业名称和购买技术列出。这些列表并不详尽，但显示了这些 EDA 初创企业来提供的工具和技术的多样性。这份清单令人难以置信。

  Synopsys 收购的公司比 Cadence 或 Mentor 还要多。 该公司对其收购进行了分类，并认为其中一些收购具有战略性。 战略收购在下面以斜体字显示。

  值得强调的是，Synopsys 最近还宣布收购 Ansys，这是一家设计自动化公司，专注于流体动力学和多物理场仿真工具，其行业范围远超 EDA。对于 EDA 应用，Ansys 提供 RedHawk-SC，这是一款深受 IC 设计人员欢迎的电源完整性工具。Ansys 在 2011 年收购 Apache Design Solutions 时将 RedHawk 添加到其软件产品组合中。

  在编制这些收购清单时，我对人们为我们今天使用的 EDA 工具所付出的巨大集体努力感到震惊。 它停顿了一下。 对于上面列出的一些收购，为被收购公司工作的工程师在三大 EDA 公司之一找到了新职位。 其他收购都是技术收购，这在某种程度上预示着被收购公司的员工走上街头寻找新的就业机会。 因此，上面的列表准确地描绘了 EDA 行业动荡、动态的本质，类似于流行小说和电视剧《权力的游戏》，但血腥程度要少一些。

  标准单元是比单个晶体管更大的物理设计。它们通常实现相当于多个逻辑门的功能。最初，每个半导体器件制造商和代工厂都有一套专有的标准单元。这些单元的设计及其相关的设计规则被视为商业机密，因此设计在晶圆厂之间不可互换。

  具有三个金属层的小型标准单元的渲染图（电介质已被移除）。沙色结构是金属互连，淡红色结构是多晶硅栅极，底部的彩色块是体晶硅。

  Doug Fairbairn 于 20 世纪 70 年代后期在 Xerox PARC 为 Lynn Conway 工作，他意识到 Mead-Conway 设计方法及其对半导体行业的连锁反应需要时事通讯或杂志来传播新闻和围绕半导体行业原创概念的核心思想。他成功说服施乐帕洛阿尔托研究中心系统科学实验室经理伯特·萨瑟兰 (Bert Sutherland) 资助出版一本名为《Lambda》的杂志。Fairbairn 将第一期放在一起。根据 Carver Mead 的建议，Fairbairn 采访了 VLSI Technology，这是一家位于加利福尼亚州洛斯加托斯的代工厂初创公司，该公司正在开发基于 Mead-Conway 方法的 ASIC 设计流程。那次采访成为该杂志第一期的封面故事。 Fairbairn 在 11 月份就这篇文章采访了该公司，并于次年 1 月份加入了该公司，当时恰逢 Lambda 杂志第一期付印。

  VLSI Technology 正在建设自己的晶圆厂为客户生产芯片，但 CAE 行业尚未真正跟上步伐，因此 VLSI Technology 需要基于 Mead-Conway 设计方法开发自己的设计工具。费Fairbairn 在他的口述历史中解释道：

  “我们称之为用户设计的 VLSI。到了 83 年，又出现了一个术语。这是 ASIC。 ASIC 一词于 83 年发明。因此，我们是这些 [ASIC] 公司之一。这一些企业被认为是...... ASIC 公司，也被认为是未来的公司。每个人都想加入。每个人都跳入市场。我的意思是英特尔甚至跃入了这一个市场，还有富士通、LSI Logic 等等。 …与此同时，我们已开始开发一整套设计工具，因为唯一的工具就是 Calma。而且你无法在 Calma 系统上出售 VLSI 设计故事。因此，我们一定要开发自己的 CAD 工具，因为这是我们推销这一个故事的唯一方式。”

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