تصميم الدوائر المتكاملة

This article includes a list of general references, but it lacks sufficient corresponding inline citations. Please help to improve this article by introducing more precise citations. (March 2019) (Learn how and when to remove this message)

تصميم الدوائر المتكاملة ، تصميم أشباه الموصلات ، تصميم الشريحة أو تصميم IC ، هو مجال فرعي من هندسة الإلكترونيات ، يشمل تقنيات المنطق وتصميم الدوائر المطلوبة لتصميم الدوائر المتكاملة ، أو ICs. تتكون الدوائر المتكاملة من مكونات إلكترونية مصغرة مدمجة في شبكة كهربائية على ركيزة أشباه الموصلات المتجانسة بواسطة الطباعة الضوئية .

يمكن تقسيم تصميم الدائرة المتكاملة إلى فئات عريضة من تصميم الدائرة المتكاملة الرقمية والتناظرية . يهدف تصميم الدائرة المتكاملة الرقمية إلى إنتاج مكونات مثل المعالجات الدقيقة ووحدات FPGA والذاكرات ( RAM و ROM و flash ) و ASICs الرقمية . يركز التصميم الرقمي على الدقة المنطقية وتعظيم كثافة الدائرة ووضع الدوائر بحيث يتم توجيه إشارات الساعة والتوقيت بكفاءة. يتخصص تصميم الدائرة المتكاملة التناظرية أيضًا في تصميم الدائرة المتكاملة للطاقة وتصميم الدائرة المتكاملة للترددات الراديوية . يستخدم تصميم الدائرة المتكاملة التناظرية في تصميم مكبرات التشغيل والمنظمات الخطية وحلقات القفل الطوري والمذبذبات والمرشحات النشطة . يهتم التصميم التناظري أكثر بفيزياء الأجهزة شبه الموصلة مثل الكسب والمطابقة وتبديد الطاقة والمقاومة . عادة ما تكون دقة تضخيم الإشارة التناظرية والترشيح أمرًا بالغ الأهمية، ونتيجة لذلك تستخدم الدوائر المتكاملة التناظرية أجهزة نشطة ذات مساحة أكبر من التصميمات الرقمية وعادة ما تكون أقل كثافة في الدوائر. ^[1]

الدوائر المتكاملة الحديثة معقدة للغاية. تحتوي شريحة الكمبيوتر المكتبية المتوسطة، اعتبارًا من عام 2015، على أكثر من مليار ترانزستور. القواعد التي تحدد ما يمكن وما لا يمكن تصنيعه معقدة للغاية أيضًا. تحتوي عمليات الدوائر المتكاملة الشائعة لعام 2015 على أكثر من 500 قاعدة. علاوة على ذلك، نظرًا لأن عملية التصنيع نفسها ليست قابلة للتنبؤ تمامًا، فيجب على المصممين مراعاة طبيعتها الإحصائية . أدى تعقيد تصميم الدوائر المتكاملة الحديثة، بالإضافة إلى ضغوط السوق لإنتاج التصاميم بسرعة، إلى الاستخدام المكثف لأدوات التصميم الآلية في عملية تصميم الدوائر المتكاملة. أصبح تصميم بعض المعالجات معقدًا بما يكفي ليكون من الصعب اختباره بالكامل، وقد تسبب هذا في حدوث مشكلات لدى موفري السحابة الكبار. ^[2] باختصار، تصميم الدائرة المتكاملة باستخدام برنامج EDA هو تصميم واختبار والتحقق من التعليمات التي يجب على الدائرة المتكاملة تنفيذها. تم إثبات الذكاء الاصطناعي في تصميم الشريحة لإنشاء تخطيطات الشريحة التي تمثل مواقع الخلايا القياسية وكتل الماكرو في الشريحة. ^[3]

يتضمن تصميم الدوائر المتكاملة إنشاء مكونات إلكترونية، مثل الترانزستورات والمقاومات والمكثفات وربط هذه المكونات ببعضها على قطعة من أشباه الموصلات، عادةً السيليكون . هناك حاجة إلى طريقة لعزل المكونات الفردية المتكونة في الركيزة لأن السيليكون موصل وغالبًا ما يشكل منطقة نشطة للمكونات الفردية. الطريقتان الشائعتان هما عزل الوصلة pn والعزل العازل. يجب الانتباه إلى تبديد الطاقة للترانزستورات ومقاومات التوصيل وكثافة التيار للتوصيل والاتصالات والفتحات نظرًا لأن الدوائر المتكاملة تحتوي على أجهزة صغيرة جدًا مقارنة بالمكونات المنفصلة، ​​حيث تكون مثل هذه المخاوف أقل أهمية. كما أن الهجرة الكهربية في التوصيل المعدني والتلف الناتج عن التفريغ الكهروستاتيكي للمكونات الصغيرة من الأمور المثيرة للقلق. أخيرًا، يكون التخطيط المادي لبعض الكتل الفرعية للدوائر أمرًا بالغ الأهمية عادةً، من أجل تحقيق سرعة التشغيل المطلوبة، وفصل الأجزاء الصاخبة من الدائرة المتكاملة عن الأجزاء الهادئة، وموازنة تأثيرات توليد الحرارة عبر الدائرة المتكاملة، أو تسهيل وضع التوصيلات بالدوائر خارج الدائرة المتكاملة.

تتضمن دورة تصميم الدائرة المتكاملة النموذجية عدة خطوات:

1. مواصفات النظام
   1. دراسة الجدوى وتقدير حجم القالب
   2. تحليل الوظيفة
2. التصميم المعماري أو على مستوى النظام
3. التصميم المنطقي
   1. التصميم التناظري والمحاكاة والتخطيط
   2. التصميم الرقمي والمحاكاة
   3. محاكاة النظام والمحاكاة والتحقق
4. تصميم الدوائر
   1. توليف التصميم الرقمي
   2. تصميم للاختبار وتوليد نمط الاختبار التلقائي
   3. تصميم قابل للتصنيع
5. التصميم المادي
   1. تخطيط الطابق
   2. المكان والطريق
   3. استخراج الطفيليات
6. التحقق المادي والتوقيع
   1. التوقيت الثابت
   2. المحاكاة المشتركة والتوقيت
7. إعداد بيانات القناع (معالجة التخطيط لاحقًا)
   1. الانتهاء من الرقاقة مع الشريط الخارجي
   2. تخطيط الشبكة
   3. إعداد التصميم للقناع
8. تصنيع الشبكة
9. تصنيع قناع ضوئي
10. تصنيع الرقاقات
11. التعبئة والتغليف
12. اختبار القالب
    1. التحقق من صحة السيليكون والتكامل بعد ذلك
    2. توصيف الجهاز
    3. تعديل (إذا لزم الأمر)
13. نشر الشريحة
    1. إنشاء ورقة البيانات (عادةً ملف PDF )
    2. تكثيف
    3. إنتاج
    4. تحليل العائد / تحليل الضمان والموثوقية
    5. تحليل الفشل في أي عوائد
    6. التخطيط للجيل القادم من الرقاقة باستخدام معلومات الإنتاج إذا أمكن

يمكن استخدام حزم الأيونات المركزة أثناء تطوير الشريحة لإنشاء اتصالات جديدة في الشريحة. ^{[4] [5]}

بشكل تقريبي، يمكن تقسيم تصميم الدائرة المتكاملة الرقمية إلى ثلاثة أجزاء.

• تصميم مستوى النظام الإلكتروني : هذه الخطوة تنشئ مواصفات المستخدم الوظيفية. يمكن للمستخدم استخدام مجموعة متنوعة من اللغات والأدوات لإنشاء هذا الوصف. تشمل الأمثلة نموذج C / C++ ، وVHDL ، وSystemC ، و SystemVerilog Transaction Level Models ، وSimulink ، و MATLAB .
• تصميم RTL: تحول هذه الخطوة مواصفات المستخدم (ما يريد المستخدم أن تفعله الشريحة) إلى وصف لمستوى نقل السجل (RTL). يصف RTL السلوك الدقيق للدوائر الرقمية على الشريحة، بالإضافة إلى الترابطات بين المدخلات والمخرجات.
• تصميم الدائرة الفيزيائية : تأخذ هذه الخطوة RTL ومكتبة من البوابات المنطقية المتاحة ( مكتبة الخلية القياسية ) وتنشئ تصميمًا للرقاقة. تتضمن هذه الخطوة استخدام محرر تخطيط الدائرة المتكاملة ، وتخطيط التخطيط والأرضية، وتحديد البوابات التي يجب استخدامها، وتحديد أماكنها، وتوصيلها معًا (توليف توقيت الساعة، التوجيه).

لاحظ أن الخطوة الثانية، تصميم RTL، مسؤولة عن قيام الشريحة بالشيء الصحيح. الخطوة الثالثة، التصميم المادي، لا تؤثر على الوظيفة على الإطلاق (إذا تم بشكل صحيح) ولكنها تحدد سرعة تشغيل الشريحة وكم تكلفتها.

تمثل الخلية القياسية عادةً بوابة منطقية واحدة أو صمامًا ثنائيًا أو مكونات منطقية بسيطة مثل القلابات أو البوابات المنطقية ذات المدخلات المتعددة. ^[6] يسمح استخدام الخلايا القياسية بتقسيم تصميم الشريحة إلى مستويات منطقية ومادية. عادةً ما تعمل الشركة التي لا تمتلك مصنعًا على التصميم المنطقي للشريحة فقط، وتحديد كيفية توصيل الخلايا ووظيفة الشريحة، مع اتباع قواعد التصميم من المصنع الذي ستُصنع فيه الشريحة، بينما يتم التصميم المادي للشريحة، الخلايا نفسها، عادةً بواسطة المصنع ويتضمن فيزياء أجهزة الترانزستور وكيفية توصيلها لتشكيل بوابة منطقية. تسمح الخلايا القياسية بتصميم الشرائح وتعديلها بشكل أسرع للاستجابة لمتطلبات السوق، ولكن هذا يأتي على حساب انخفاض كثافة الترانزستور في الشريحة وبالتالي أحجام قوالب أكبر. ^[6]

توفر المصانع مكتبات من الخلايا القياسية لشركات المصانع غير المتخصصة، لأغراض التصميم وللسماح بتصنيع تصميماتها باستخدام مرافق المصنع. قد يوفر المصنع مجموعة تصميم العمليات (PDK) وقد تتضمن مكتبة الخلايا القياسية بالإضافة إلى مواصفات الخلايا، والأدوات للتحقق من تصميم الشركة غير المتخصصة وفقًا لقواعد التصميم التي يحددها المصنع بالإضافة إلى محاكاتها باستخدام خلايا المصنع. قد يتم توفير مجموعات تصميم العمليات بموجب اتفاقيات عدم الإفصاح. وحدات الماكرو/خلايا الماكرو/كتل الماكرو، ^{[7] تتمتع} مجموعات خلايا الماكرو وكتل IP بوظائف أكبر من الخلايا القياسية، ويتم استخدامها على نحو مماثل. هناك وحدات ماكرو ناعمة ووحدات ماكرو صلبة. توضع الخلايا القياسية عادةً بعد صفوف الخلايا القياسية.

تبدأ عملية تطوير الدوائر المتكاملة بتحديد متطلبات المنتج، ثم تتقدم عبر التعريف المعماري، والتنفيذ، والتصنيع، وأخيرًا الإنتاج. يتم وصف المراحل المختلفة لعملية تطوير الدوائر المتكاملة أدناه. على الرغم من أن المراحل معروضة هنا بطريقة مباشرة، إلا أنه في الواقع هناك تكرار وقد تحدث هذه الخطوات عدة مرات.

قبل أن يتم تعريف الهندسة المعمارية ، يجب تحديد بعض أهداف المنتج عالية المستوى. وعادةً ما يتم إنشاء المتطلبات بواسطة فريق متعدد الوظائف يتناول فرص السوق واحتياجات العملاء والجدوى وغير ذلك الكثير. وينبغي أن تؤدي هذه المرحلة إلى وثيقة متطلبات المنتج .

تحدد الهندسة المعمارية البنية الأساسية وأهداف ومبادئ المنتج. كما تحدد المفاهيم عالية المستوى والقيمة الجوهرية للمنتج. تأخذ فرق الهندسة المعمارية في الاعتبار العديد من المتغيرات وتتفاعل مع العديد من المجموعات. يتمتع الأشخاص الذين يقومون بإنشاء الهندسة المعمارية عمومًا بخبرة كبيرة في التعامل مع الأنظمة في المجال الذي يتم إنشاء الهندسة المعمارية من أجله. المنتج العملي لمرحلة الهندسة المعمارية هو مواصفات معمارية .

تعتبر الهندسة المعمارية الدقيقة خطوة أقرب إلى الأجهزة. فهي تنفذ الهندسة المعمارية وتحدد آليات وهياكل محددة لتحقيق هذا التنفيذ. وتكون نتيجة مرحلة الهندسة المعمارية الدقيقة هي مواصفات الهندسة المعمارية الدقيقة التي تصف الأساليب المستخدمة لتنفيذ الهندسة المعمارية.

في مرحلة التنفيذ، يتم إنشاء التصميم نفسه باستخدام مواصفات البنية الدقيقة كنقطة بداية. يتضمن ذلك التعريف والتقسيم على مستوى منخفض، وكتابة التعليمات البرمجية ، وإدخال المخططات التخطيطية والتحقق. تنتهي هذه المرحلة بوصول التصميم إلى مرحلة الإخراج .

بعد إنشاء التصميم وتسجيله وتصنيعه، يتم استلام الأجهزة الفعلية، "السيليكون الأول"، والتي يتم نقلها إلى المختبر حيث تمر بمرحلة التجميع . التجميع هو عملية تشغيل واختبار وتوصيف التصميم في المختبر. يتم إجراء العديد من الاختبارات بدءًا من الاختبارات البسيطة للغاية مثل التأكد من تشغيل الجهاز إلى اختبارات أكثر تعقيدًا والتي تحاول الضغط على القطعة بطرق مختلفة. نتيجة مرحلة التجميع هي توثيق بيانات التوصيف (مدى أداء القطعة وفقًا للمواصفات) والأخطاء (السلوك غير المتوقع).

إن عملية الإنتاج هي مهمة تحويل التصميم من الهندسة إلى التصنيع الإنتاجي الضخم. ورغم أن التصميم قد يلبي بنجاح مواصفات المنتج في المختبر أثناء مرحلة الإنتاج، إلا أن مهندسي المنتجات يواجهون العديد من التحديات عند محاولة إنتاج هذه التصميمات بكميات كبيرة. ويجب زيادة إنتاج الدائرة المتكاملة إلى أحجام إنتاجية مقبولة. ويتمثل هدف مرحلة الإنتاج في الوصول إلى أحجام إنتاج ضخمة بتكلفة مقبولة.

بمجرد أن ينضج التصميم ويصل إلى مرحلة الإنتاج الضخم، فلابد من استمراره. ولابد من مراقبة العملية باستمرار والتعامل مع المشكلات بسرعة لتجنب التأثير الكبير على أحجام الإنتاج. ويتمثل هدف الاستمرار في الحفاظ على أحجام الإنتاج وخفض التكاليف باستمرار حتى يصل المنتج إلى نهاية عمره الافتراضي .

تبدأ عملية تصميم الشريحة الأولية بتصميم على مستوى النظام وتخطيط البنية الدقيقة. داخل شركات تصميم الدوائر المتكاملة، تقوم الإدارة وغالبًا المحللون بصياغة اقتراح لفريق التصميم لبدء تصميم شريحة جديدة لتناسب قطاعًا صناعيًا. يجتمع مصممو المستوى الأعلى في هذه المرحلة لتحديد كيفية عمل الشريحة وظيفيًا. هذه الخطوة هي حيث يتم تحديد وظائف وتصميم الدائرة المتكاملة. سيقوم مصممو الدوائر المتكاملة برسم المتطلبات الوظيفية ومقاعد اختبار التحقق ومنهجيات الاختبار للمشروع بأكمله، ثم يحولون التصميم الأولي إلى مواصفات على مستوى النظام يمكن محاكاتها بنماذج بسيطة باستخدام لغات مثل C++ وMATLAB وأدوات المحاكاة. بالنسبة للتصاميم النقية والجديدة، تكون مرحلة تصميم النظام هي المكان الذي يتم فيه التخطيط لمجموعة التعليمات والعملية، وفي معظم الشرائح يتم تعديل مجموعات التعليمات الموجودة لوظائف أحدث. غالبًا ما يكون التصميم في هذه المرحلة عبارة عن عبارات مثل ترميز بتنسيق MP3 أو تنفيذ حساب الفاصلة العائمة IEEE . في المراحل اللاحقة من عملية التصميم، تتوسع كل من هذه العبارات البريئة المظهر إلى مئات الصفحات من الوثائق النصية.

عند الاتفاق على تصميم النظام، يقوم مصممو RTL بعد ذلك بتنفيذ النماذج الوظيفية بلغة وصف الأجهزة مثل Verilog أو SystemVerilog أو VHDL . باستخدام مكونات التصميم الرقمية مثل المضافات والمحولات وآلات الحالة بالإضافة إلى مفاهيم بنية الكمبيوتر مثل خطوط الأنابيب والتنفيذ الفائق والتنبؤ بالفروع ، سيقوم مصممو RTL بتقسيم الوصف الوظيفي إلى نماذج أجهزة للمكونات الموجودة على الشريحة تعمل معًا. يمكن أن تتحول كل عبارة بسيطة موصوفة في تصميم النظام بسهولة إلى آلاف الأسطر من كود RTL ، ولهذا السبب من الصعب للغاية التحقق من أن RTL ستفعل الشيء الصحيح في جميع الحالات المحتملة التي قد يلقيها المستخدم عليها.

لتقليل عدد أخطاء الوظائف، ستأخذ مجموعة التحقق من الأجهزة المنفصلة RTL وتصمم مقاعد الاختبار والأنظمة للتحقق من أن RTL يؤدي بالفعل نفس الخطوات في ظل العديد من الظروف المختلفة، والتي يتم تصنيفها على أنها مجال التحقق الوظيفي . يتم استخدام العديد من التقنيات، ولا يوجد منها أي شيء مثالي ولكن كلها مفيدة - محاكاة منطقية موسعة ، وطرق رسمية ، ومحاكاة الأجهزة ، وفحص الكود الشبيه باللينت ، وتغطية الكود ، وما إلى ذلك. يمكن إجراء التحقق مثل الذي يتم بواسطة المحاكيات في FPGAs أو المعالجات الخاصة، ^{[8] [9]} واستبدلت المحاكاة المحاكاة. تم إجراء المحاكاة في البداية عن طريق محاكاة بوابات المنطق في الرقائق ولكن في وقت لاحق، تمت محاكاة RTLs في الرقائق بدلاً من ذلك. ^[10] لا تزال المحاكاة مستخدمة عند إنشاء تصميمات الرقائق التناظرية. ^[11] تُستخدم منصات النماذج الأولية لتشغيل البرامج على نماذج أولية لتصميم الشريحة أثناء تطويرها باستخدام FPGAs ولكنها أبطأ في التكرار أو التعديل ولا يمكن استخدامها لتصور إشارات الأجهزة كما تظهر في التصميم النهائي. ^[12]

إن خطأ بسيط هنا قد يجعل الشريحة بأكملها عديمة الفائدة، أو ما هو أسوأ من ذلك. فقد تسبب خطأ Pentium FDIV الشهير في أن تكون نتائج أحد الأقسام خاطئة بما لا يزيد عن 61 جزءًا في المليون، في حالات حدثت بشكل غير متكرر للغاية. ولم يلاحظ أحد ذلك حتى دخلت الشريحة في الإنتاج لعدة أشهر. ومع ذلك، اضطرت شركة Intel إلى عرض استبدال كل شريحة تباع مجانًا حتى تتمكن من إصلاح الخطأ، بتكلفة 475 مليون دولار أمريكي. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

إن RTL هو مجرد نموذج سلوكي للوظيفة الفعلية لما يفترض أن تعمل الشريحة تحته. ولا يرتبط بالجانب المادي لكيفية عمل الشريحة في الحياة الواقعية من حيث المواد والفيزياء والهندسة الكهربائية. ولهذا السبب، فإن الخطوة التالية في عملية تصميم الدائرة المتكاملة، مرحلة التصميم المادي ، هي رسم خريطة لـ RTL في تمثيلات هندسية فعلية لجميع الأجهزة الإلكترونية، مثل المكثفات والمقاومات والبوابات المنطقية والترانزستورات التي ستوضع على الشريحة.

الخطوات الرئيسية للتصميم المادي مدرجة أدناه. في الممارسة العملية، لا يوجد تقدم مباشر - يلزم تكرار كبير لضمان تحقيق جميع الأهداف في وقت واحد. هذه مشكلة صعبة في حد ذاتها، تسمى إغلاق التصميم .

• التوليف المنطقي : يتم تعيين RTL في قائمة الشبكة على مستوى البوابة في تقنية الهدف الخاصة بالشريحة.
• تخطيط الطابق : يتم تعيين RTL للشريحة إلى المناطق الإجمالية للشريحة، ويتم تعيين دبابيس الإدخال/الإخراج (I/O) ووضع الكائنات الكبيرة (المصفوفات، النوى، وما إلى ذلك).
• التنسيب : يتم تعيين البوابات في قائمة الشبكة إلى مواقع غير متداخلة في منطقة القالب.
• تحسين المنطق/التنسيب: التحويلات المنطقية والتنسيب التكرارية لإغلاق قيود الأداء والطاقة.
• إدراج الساعة : يتم إدخال أسلاك إشارة الساعة (عادةً، أشجار الساعة ) في التصميم.
• التوجيه : تتم إضافة الأسلاك التي تربط البوابات في قائمة الشبكة.
• تحسين ما بعد التوصيل: تتم إزالة انتهاكات الأداء ( إغلاق التوقيت )، والضوضاء ( سلامة الإشارة )، والعائد ( التصميم من أجل قابلية التصنيع ).
• التصميم من أجل قابلية التصنيع : يتم تعديل التصميم، حيثما أمكن، لجعله سهلاً وفعالاً قدر الإمكان في الإنتاج. ويتم تحقيق ذلك من خلال إضافة فتحات إضافية أو إضافة طبقات معدنية/انتشارية/بوليمرية وهمية حيثما أمكن مع الالتزام بقواعد التصميم التي وضعها المصنع.
• التحقق النهائي: نظرًا لأن الأخطاء مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً ويصعب اكتشافها، فإن التحقق الشامل من الأخطاء هو القاعدة، والتأكد من أن التعيين إلى المنطق تم بشكل صحيح ، والتحقق من اتباع قواعد التصنيع بأمانة .
• إنهاء الشريحة باستخدام Tapeout وتوليد القناع: يتم تحويل بيانات التصميم إلى أقنعة ضوئية أثناء تحضير بيانات القناع . ^[13]

قبل ظهور المعالجات الدقيقة وأدوات التصميم القائمة على البرمجيات، كانت الدوائر المتكاملة التناظرية تُصمم باستخدام الحسابات اليدوية وأجزاء مجموعة العمليات. كانت هذه الدوائر المتكاملة عبارة عن دوائر ذات تعقيد منخفض، على سبيل المثال، مكبرات التشغيل ، والتي لا تتضمن عادةً أكثر من عشرة ترانزستورات وقليل من التوصيلات. غالبًا ما كانت عملية التجربة والخطأ التكرارية و"الهندسة المفرطة" لحجم الجهاز ضرورية لتحقيق دائرة متكاملة قابلة للتصنيع. سمح إعادة استخدام التصميمات المثبتة ببناء دوائر متكاملة أكثر تعقيدًا بشكل تدريجي بناءً على المعرفة السابقة. عندما أصبحت المعالجة الحاسوبية غير المكلفة متاحة في سبعينيات القرن العشرين، تمت كتابة برامج الكمبيوتر لمحاكاة تصميمات الدوائر بدقة أكبر من الحساب العملي باليد. كان أول محاكي للدوائر المتكاملة التناظرية يسمى SPICE (برنامج محاكاة مع التركيز على الدوائر المتكاملة). تمكن أدوات محاكاة الدوائر المحوسبة من تعقيد تصميم الدائرة المتكاملة بشكل أكبر مما يمكن أن تحققه الحسابات اليدوية، مما يجعل تصميم الدوائر المتكاملة المخصصة للتناظرية عمليًا.

نظرًا لأنه يجب مراعاة العديد من القيود الوظيفية في التصميم التناظري، فإن التصميم اليدوي لا يزال منتشرًا على نطاق واسع اليوم، على عكس التصميم الرقمي الذي يتميز بالأتمتة العالية، بما في ذلك التوجيه والتوليف الآليين. ^[14] ونتيجة لذلك، تتميز تدفقات التصميم الحديثة للدوائر التناظرية بأسلوبين مختلفين للتصميم - من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى. ^[15] يستخدم أسلوب التصميم من أعلى إلى أسفل أدوات تعتمد على التحسين مماثلة للتدفقات الرقمية التقليدية. تعيد الإجراءات من أسفل إلى أعلى استخدام "المعرفة المتخصصة" بنتيجة الحلول التي تم تصورها مسبقًا والتقاطها في وصف إجرائي، وتقليد قرار الخبير. ^[15] ومن الأمثلة على ذلك مولدات الخلايا، مثل PCells .

إن التحدي الأكثر أهمية في تصميم الدائرة المتكاملة التناظرية ينطوي على تباين الأجهزة الفردية المبنية على شريحة أشباه الموصلات. فعلى عكس تصميم الدائرة على مستوى اللوحة والذي يسمح للمصمم باختيار الأجهزة التي تم اختبارها وتصنيفها وفقًا للقيمة، فإن قيم الأجهزة على الدائرة المتكاملة يمكن أن تختلف على نطاق واسع بحيث لا يمكن للمصمم التحكم فيها. على سبيل المثال، يمكن أن تختلف بعض مقاومات الدائرة المتكاملة بنسبة ±20% ويمكن أن تختلف β لترانزستور BJT المتكامل من 20 إلى 100. وفي أحدث عمليات CMOS، يمكن أن تنخفض β للترانزستورات الرأسية PNP إلى أقل من 1. وإضافة إلى تحدي التصميم، غالبًا ما تختلف خصائص الجهاز بين كل رقاقة أشباه الموصلات المعالجة. ويمكن أن تختلف خصائص الجهاز بشكل كبير عبر كل دائرة متكاملة فردية بسبب تدرجات الشوائب . والسبب الأساسي وراء هذا التباين هو أن العديد من أجهزة أشباه الموصلات شديدة الحساسية للتباينات العشوائية التي لا يمكن التحكم فيها في العملية. ويمكن أن يكون للتغييرات الطفيفة في مقدار وقت الانتشار ومستويات الشوائب غير المتساوية وما إلى ذلك تأثيرات كبيرة على خصائص الجهاز.

بعض تقنيات التصميم المستخدمة لتقليل تأثيرات اختلاف الجهاز هي: ^[16]

• استخدام نسب المقاومات، والتي تتطابق بشكل وثيق، بدلاً من قيمة المقاومة المطلقة.
• استخدام الأجهزة ذات الأشكال الهندسية المتطابقة حتى يكون لديها اختلافات متطابقة.
• جعل الأجهزة كبيرة الحجم بحيث تصبح الاختلافات الإحصائية جزءًا غير مهم من خصائص الجهاز الإجمالية.
• تقسيم الأجهزة الكبيرة، مثل المقاومات، إلى أجزاء وربطها ببعضها البعض لإلغاء الاختلافات.
• استخدام تخطيط جهاز مركزي مشترك لإلغاء الاختلافات في الأجهزة التي يجب أن تتطابق بشكل وثيق (مثل زوج الترانزستور التفاضلي لمضخم التشغيل ).

الشركات الثلاث الأكبر التي تبيع أدوات أتمتة التصميم الإلكتروني هي Synopsys و Cadence و Mentor Graphics . ^[17]

• حماية تصميم مخطط الدائرة المتكاملة
• تصميم الدوائر الالكترونية
• أتمتة التصميم الإلكتروني
• تصميم شبكة الطاقة (IC)
• تصميم المعالج
• معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات حول التصميم بمساعدة الحاسوب للدوائر المتكاملة والأنظمة
• خدمة الرقاقة متعددة المشاريع
• خلية قياسية

• دليل أتمتة التصميم الإلكتروني للدوائر المتكاملة ، من تأليف لافاجنو ومارتن وشيفير، رقم ISBN 0-8493-3096-3 دراسة استقصائية لمجال أتمتة التصميم الإلكتروني ، أحد أهم الممكنات لتصميم الدوائر المتكاملة الحديثة.