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小電科普|SPICE誕生記

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發(fā)表于 2018-3-21 21:46:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
前面小電科普討論了電子管和晶體管的誕生,這次配合第七次重難點中推送的仿真題,應(yīng)景的咱們來聊聊仿真軟件的誕生吧。

    如今,每一天都有不知其數(shù)的半導(dǎo)體芯片設(shè)計公司與設(shè)計驗證工程師,在用著電路仿真軟件SPICE。SPICE廣泛應(yīng)用在仿真模擬電路,混合信號電路,精確數(shù)字電路,等等。作為最早的電子設(shè)計自動化軟件,它今天仍然是最重要的軟件之一。我們EDA設(shè)計課程使用的Multisim的內(nèi)核也是SPICE?梢哉f,沒有SPICE,就沒有電子設(shè)計自動化這個產(chǎn)業(yè),也就沒有今天的半導(dǎo)體工業(yè)。它的市場超過上億美元。所有這一切,都是從1970年加州大學(xué)伯克利分校電機工程系的一堂課開始的。


BEGIN


   時間回到1970年,在加州大學(xué)伯克利分校電機工程與計算機科學(xué)系,Ron Rohrer教授給七個研究生上“電路綜合”課。
    Rohrer教授那時剛剛從仙童半導(dǎo)體公司返回伯克利,沒有時間準(zhǔn)備教材。所以,在第一堂課,他就宣布:學(xué)生們一起寫一個電路仿真程序。他跟系里的管教學(xué)的主任Peterson教授達成一個協(xié)議:只要Peterson教授認(rèn)可學(xué)生們寫的仿真程序,他們就全部通過。否則的話,他們就全部不及格。
   這七個學(xué)生中有一個還是從機械系來的。他感到十分委屈:教授啊,俺啥電路都不會,俺就是來學(xué)電路的。這倒好,電路沒學(xué)到,反而要去寫電路仿真程序。這可咋辦?

    Rohrer教授想了想,說沒關(guān)系。雖然電路你不懂,但你的數(shù)值分析不是很厲害嗎?OK,你就負(fù)責(zé)解方程這塊吧。最后的結(jié)果證明了恰恰是學(xué)生們自己開發(fā)的解稀疏矩陣的模塊是一個亮點,它使得可處理的電路規(guī)模成倍的增大。

   這七個學(xué)生推舉Laurence Nagel為代表,由他負(fù)責(zé)向Peterson教授匯報結(jié)果。(下圖為Nagel當(dāng)年在伯克利的照片)

    這個結(jié)果就是CANCER。沒錯,它的意思就是“癌癥”。它是Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation的縮寫。不要忘了,那是在一個叛逆的時代。當(dāng)時絕大部分的電路分析軟件來自于大公司與政府/軍方的合同開發(fā)。在冷戰(zhàn)和核威脅的環(huán)境下,政府/軍方要求這些軟件都具有分析電路抗核輻射的能力。伯克利是反戰(zhàn)的大本營,學(xué)生們自己開發(fā)的程序當(dāng)然要跟政府/軍方的要求對著干了。


    有同學(xué)可能會問:為什么要開發(fā)一個電路仿真程序?要知道在這之前,人們分析電路,要么是用筆和紙,要么就要搭電路板。 Peterson教授就被學(xué)生們稱之為“信封教授”,因為他認(rèn)為電路分析用個信封的背面來做就足夠了。但隨著電路規(guī)模的增大,用筆紙變得越來越不可能,搭電路板又不能精確反應(yīng)芯片上的電路特性,而且費用也越來越高。因此,用軟件來做電路仿真就變得日益迫切了。

    當(dāng)課程結(jié)束,Nagel向Peterson教授匯報CANCER之后,Peterson教授給予了全心的認(rèn)可。學(xué)生們都通過了!CANCER成了Nagel的碩士論文課題。它在伯克利被很多本科生及研究生使用,并且給了大量的建議去改進它。
    呵呵,都說學(xué)生是最好的“小白鼠”,這話果然不假。

“     再插一段話:基于這堂課的巨大成功,Rohrer教授后來又用同樣的辦法試了幾堂課,但都失敗了。他自己總結(jié)說,是因為有Nagel,伯克利的那堂課才成功了。所以,如果沒有Rohrer教授那樣的功力和Nagel那樣天分的學(xué)生,SPICE也不可能從一堂課里誕生出來。


    到了1971年的秋天,Nagel在伯克利又開始了他的博士生生活,這一回是在Peterson教授的指導(dǎo)下了。

Peterson教授
    Peterson教授給Nagel的第一個任務(wù)是給程序起個新名字。確實,CANCER太難聽了,誰都不喜歡。Nagel花了天知道多長時間才想出來這樣好聽的,也是我們現(xiàn)在還在用的名字:SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)。所以,同學(xué),如果你要寫一個新程序,注冊個微信號,取個QQ昵稱,都要深思熟慮哦。

    后來1971年被正式認(rèn)定為SPICE誕生的年份。

    SPICE還是開源代碼的先驅(qū)。當(dāng)時也有開源代碼,但都沒有太大的商業(yè)價值。SPICE就不同了。有人已經(jīng)看到它的商業(yè)價值,但Peterson教授堅持要把代碼開源(我們都得真心的感謝Peterson教授)。任何人只要花20美元的手續(xù)費,就可以得到SPICE的源代碼。有人會問,那這樣一來,伯克利是不是損失了一大筆錢呢?事實并非如此。伯克利的SPICE幫助數(shù)字設(shè)備公司(DEC)賣出了很多臺VAX機。反過來,DEC給伯克利電子系捐贈了一千八百萬美元。這么多錢可不是一個學(xué)校賣代碼能獲得的。所以,做好事終究還是會得到好報的。

    我們的小伙伴們中間也許也藏有像Nagel這樣有天分的學(xué)生,下面是Nagel的博士論文鏈接,有興趣的你可以翻翻看。
http://www2.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/1973/ERL-382.pdf

END

    這一期的小電科普到這里就跟大家說再見啦,下期不見不散(*?▽?*)




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