Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Historia programów do projektowania płytek drukowanych - część 3

ghost666 29 Sty 2019 00:09 2328 5
  • Postęp sztucznej inteligencji (AI) daje nieskończone teoretyczne możliwości systemom projektowania. Jedna rzecz jest na razie pewna – w przyszłości czeka nas wiele nowatorskich rozwiązań dedykowanych do projektowania płytek drukowanych.

    Póki co nasza podróż przez historię prowadziła przez dwa okresy – świat przed powstaniem oprogramowania CAD, gdzie płytki projektowane były analogowo, m.in. przez wyklejanie ich na foliach oraz przez pierwsze kroki oprogramowania EDA, autoroutery itp. Dotychczasowo te ostatnie nie doczekały się implementacji na tyle dobrej, aby możliwe było ich realne wykorzystanie, jednakże firmy produkujące oprogramowanie do projektowania PCB nie ustają w zmaganiach z tym tematem.

    Ludzie od zawsze są leniwi. Ta cecha naszego gatunku nie jest zasadniczo czymś złym, jako że popycha nas do wynajdywania coraz to nowszych urządzeń, które mają nam pomagać i redukować ilość wysiłku w naszym życiu. Nawet, jeśli jest to automatycznie mieszający napój kubek, krzesło zintegrowane z ubraniem czy zmotoryzowane lody, które liżą się za nas (tak, to są realnie stworzone wynalazki!).

    W latach ’70 i ’80 XX wieku inżynierowie poszukiwali łatwiejszej drogi projektowania płytek drukowanych. Podświetlane stoły, taśmy, szablony i folie nie są proste w wykorzystaniu, a potencjalne błędy – które nietrudno w ten sposób popełnić – są kosztowne w usunięciu. Lenistwo nakłania nas do stworzenia prostszego rozwiązania; w ten sposób powstało oprogramowanie CAD.

    Historia programów do projektowania płytek drukowanych - część 3
    Pierwsze programy EDA powstały na początku lat ’80 minionego wieku, ale nie zdobyły one z początku wielkiego zainteresowania środowiska inżynierów. Wynikało to zarówno z ogromnych kosztów oprogramowania, jak i sprzętu, na którym mogłoby być ono uruchamiane. Konieczne były ogromne i drogie komputery (np. takie, jak pokazany obok PDP 11/34). Całkowity koszt pojedynczego stanowiska do projektowania płytek drukowanych z łatwością przekroczyć mógł 100 tysięcy dolarów. To ogromne sumy!

    Dopiero wraz z postępem elektroniki i komputerów, gdy pojawiły się pierwsze komputery osobiste, tego rodzaju narzędzia zaczęły się popularyzować. Działo się to w drugiej połowie lat ’80 XX wieku. Pierwsze programy EDA były jednak nadal dosyć toporne.

    Pierwsza generacja oprogramowania do projektowania PCB nie była tak prosta do wykorzystania jak dzisiejszego softu tego typu. W poprzednich tematach poświęconych historii projektowania PCB wielu z Was pisało o pierwszych generacjach programów EDA i o tym, jak skomplikowane było korzystanie z nich.





    Zanim w oprogramowaniu pojawiło się w ogóle środowisko graficzne (GUI), często nie było nawet możliwości korzystania z myszki – polecenia wydawało się tekstowo z poziomu linii komend. Dzisiaj wszyscy korzystamy z programów i systemów operacyjnych wyposażonych w GUI, kiedyś nawet nawigowanie się z pomocą linii komend w gąszczu plików i folderów nie było proste. Monitory były mniejsze i gorsze (były to często monochromatyczne monitory, oczywiście wszystkie kineskopowe). W dzisiejszych czasach wszystko to jest o wiele prostsze.

    Korzystanie z tego oprogramowania nie było łatwe. Brakowało wielu funkcji, które dzisiaj są naturalnie dostępne w programach EDA. Weźmy na przykład siatkę – wszystkie elementy elektroniczne rysowane są na siatce, które definiuje rozdzielczość naszego projektu. Większość elementów rozmieszczało się na siatce o oczku wielkości 0,25 mm – to w zupełności wystarczająca rozdzielczość do ułożenia wszystkich elementów, jakie były wtedy stosowane. Czasami jednak spotyka się układy o innym rastrze wyprowadzeń. Jak na przykład umieścić na siatce 0,25 mm element elektroniczny, którego raster wyprowadzeń wynosi np. 1/64”? Rozwiązanie tego problemu jest już złożonym zagadnieniem samo w sobie. Dzisiaj to nie problem, można korzystać z dużo drobniejszej siatki, która jest podwielokrotnością każdego z tych rastrów, albo też zaufać funkcji przyciągania ścieżek, jaką posiadają dzisiejsze programy. Kiedyś natomiast konieczne było przełączanie siatek lub praca na dwóch siatkach naraz. Nawet reprezentacja dwóch warstw nie jest trywialna, jeśli pamiętamy o tym, że większość monitorów była w tamtych czasach biało-czarna i jesteśmy ograniczeni do odróżniania od siebie ścieżek z wykorzystaniem np. wzorów (kratek, kresek, kropek etc). Dzisiaj do dyspozycji mamy setki kolorów, którymi odróżnić możemy poszczególne warstwy projektu.

    Historia programów do projektowania płytek drukowanych - część 3
    Na początku lat ‘90 XX wieku pojawiają się jednak pierwsze popularne interfejsy graficzne i kolorowe monitory. Największym przełomem jest pojawienie się systemu operacyjnego Windows (w szczególności Windows 3, na ilustracji po prawej stronie), który dał ogromne nowe możliwości programom EDA.

    Windows często był już preinstalowany na komputerach dostarczanych do firm, gdzie projektowało się płytki drukowane, przez co stał się on niemalże standardem. „Co to ma wspólnego z programami CAD?” - można zapytać. Ma bardzo dużo – wspólny, popularny system operacyjny z graficzną nakładką pozwolił na większą standaryzację interfejsów użytkownika.

    Oprogramowanie w tych czasach przestało być tworzone pod konkretną platformę sprzętową, a zaczęło być dostępne dla szerokiej rodziny komputerów PC w tej samej architekturze. Dzięki standaryzacji systemu operacyjnego, zaczęły pojawiać się elementy interfejsu, które dzisiaj są dla nas zupełnie naturalne – czy wyobrażamy sobie świat bez CTRL+C i CTRL+V? Dzięki temu, że te same skróty używane były w systemie operacyjnym i w programach EDA, software ten stał się bardziej intuicyjny dla użytkowników. Dużo prościej było nauczyć się nowego programu, gdy ten posiadał takie same, znane nam skróty klawiszowe, jak inne.

    Jedną z rzeczy, jakie pojawiły się w ostatniej dekadzie zeszłego stulecia, był realnie użyteczny autorouter. Pierwsze narzędzia tego rodzaju pojawiały się już wcześniej, ale nie działały w sposób zadowalający. Pierwsze autoroutery oparte były o siatkę na PCB, w związku z czym nie mogły efektywnie wykorzystywać całej powierzchni płytki drukowanej. Dopiero pojawienie się algorytmów, które nie wykorzystują siatki umożliwiło realne wykorzystanie ich w praktyce. Dla elektroników projektujących PCB była to ogromna zmiana.

    Oczywiście, tak jak pisaliśmy w poprzedniej części, autoroutery nie doczekały się szerokiej adaptacji w środowisku i nadal dosyć mała grupa ludzi z nich korzysta. Jeśli już są one w użyciu, to najczęściej do poprowadzenia mniej istotnych sygnałów – te najważniejsze ścieżki prowadzone są cały czas ręcznie.

    Algorytmy te były – i nadal są – tak złożone w konfiguracji, że często ich konfiguracja zajmuje więcej niż manualne rozprowadzenie ścieżek po płytce. Mimo tego, rezultaty nie zawsze są zadowalające, co angażuje projektanta na jeszcze dłuższy czas – musi on poprawić wszystkie ścieżki manualnie.

    Lata ’90 XX wieku były niezwykle interesujące dla sektora EDA. Podobnie jak dekadę wcześniej wśród linii lotniczych, tak tutaj nastąpiło wiele zakupów i fuzji. Mniejsze firmy połączyły się w większe korporacje, które ukształtowały obecny rynek oprogramowania CAD dla elektroniki.

    W latach ’90 XX wieku i na początku obecnego stulecia, programy te musiały bacznie zwracać uwagę na dostępny hardware. Komputery stawały się coraz szybsze – postęp był tak ogromny, że firmy tworzące oprogramowanie czasami nie nadążały z wykorzystywaniem mocy obliczeniowej nowoczesnych komputerów.

    W tamtych czasach, dzięki coraz mocniejszym komputerom, pojawiły się jednak takie możliwości jak interaktywne projektowanie płytek w trzech wymiarach (3D). To tak ogromny krok na przód, że do dzisiaj wszystkie wiodące programy EDA posiadają taki tryb pracy. To przykład funkcjonalności, jaka nie mogłaby powstać bez nowoczesnych komputerów i dużej mocy obliczeniowej, jakie oferują.

    Dzisiaj ciężko sobie wyobrazić projektowanie PCB bez możliwości wizualizacji jej w 3D, czy integracji z mechanicznymi programami CAD. Dzięki temu można obejrzeć swoje urządzenie na komputerze, zanim cokolwiek zostanie wykonane, sprawdzić czy pasuje ono do obudowy etc. Te wszystkie elementy są krytyczne dla powodzenia projektów.

    Oprogramowanie EDA cały czas ewoluuje. Oczywiście, pewne jego elementy zmieniają się szybciej, a z kolei inne narzędzia wolniej. Cały świat dookoła nas zmienia się i potrzebne są ciągłe innowacje. Świat mylarowych folii jest dawno za nami, ale firmy produkujące tego rodzaju oprogramowanie muszą dodawać nowe funkcje i rozwijać się, aby nie pozostać w tyle.

    Pojawiają się też pakiety do projektowania PCB, które działają w pełni online. Nie konkurują one z klasycznymi programami, liczbą funkcji czy możliwościami, ale kto wie, co stanie się, gdy tego rodzaju rozwiązania w chmurze przyjmą się szerzej? To bardzo ciekawe zagadnienie do obserwacji.

    Nie mniej ciekawy jest potencjał wykorzystania AI w projektowaniu płytek drukowanych. Sztuczna Inteligencja mogłaby samodzielnie prowadzić ścieżki i optymalizować projekt PCB. Póki, co wydaje się to obecnie lekko abstrakcyjne, ale jeśli spojrzymy na sąsiedzki sektor projektowania procesorów, to widzimy, że takie coś jest w pełni możliwe. Jeszcze niedawno procesory komputerowe projektowane były manualnie przez ludzi, a dzisiaj za projekt krzemu odpowiadają komputery i złożone algorytmy uczenia maszynowego. To im zawdzięczamy szybki rozwój komputerów i ich ogromną dzisiaj moc obliczeniową.

    Wchodzimy w epokę, gdy systemy uczenia maszynowego będą coraz bardziej obecne w naszym życiu. Już teraz – po części – to komputery projektują komputery. Co będzie dalej? Pojawić się mogą programy, dzięki którym AI będzie mogło projektować PCB od podstaw, bez żadnego działu człowieka? A może dostępne będą pakiety, które umożliwią większą integrację z chmurą? Dzięki temu (współ)pracować nad projektem płytki drukowanej będzie mógł każdy na świecie.

    Już teraz wiele funkcji w oprogramowaniu EDA wykorzystuje elementy AI. Interaktywny routing może być tego przykładem. Dzięki automatyzacji i uczeniu maszynowemu będziemy mogli precyzyjniej i lepiej projektować płytki drukowane. Projektowanie będzie też szybsze, dzięki czemu czas pomiędzy wymyśleniem urządzenia a jego wprowadzeniem na rynek będzie krótszy, co zredukuje cenę samego urządzenia.

    Jedno jest pewne – przyszłość jest przed nami, a perspektywy dla oprogramowania EDA są bardzo ekscytujące.

    Źródło: https://www.eeweb.com/profile/alex-tamari/articles/eras-of-pcb-design-cad-to-the-future


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • #4 01 Lut 2019 07:47
    PiotrPitucha
    Poziom 33  

    Witam
    Autotrax był całkiem wydajny :) , pamiętam że chodził całkiem spokojnie na komputerach których teraz nikt by nie chciał za darmo. W firmie na biurku był komputer rakieta AT 25MHz a jak szef kupił DX2 66MHz to cała firma schodziła się by pooglądać, do tego oczywiście VGA monochromatyczny.
    Kolega tak polubił Autotraxa że projektował w nim meble :)

  • #5 12 Lut 2019 00:08
    mkpl
    Poziom 37  

    Dziś cena programów EDA też potrafi postawić włosy na głowie. Głupi Altium to koszt 7k euro... w promocji 300euro przy zakupie 6 stanowisk... info z ostatnich dni.
    Wydaje się, że przyszłością będzie KiCad którym zaopiekował się Cern ;)

  • #6 12 Lut 2019 00:30
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    mkpl napisał:
    Dziś cena programów EDA też potrafi postawić włosy na głowie. Głupi Altium to koszt 7k euro... w promocji 300euro przy zakupie 6 stanowisk... info z ostatnich dni.
    Wydaje się, że przyszłością będzie KiCad którym zaopiekował się Cern ;)


    300 Euro za stanowisko Altiuma przy zakupie sześciu? Możesz coś więcej napisać, nawet na PW. :O

    KiCad wyprze Altiuma wtedy jak Sketchup wyprze Solidworksa :D