物联网(IoT)这个万物皆可连网的时代，不但将改变人们的生活，也改变了整个半导体、科技产业。物联网虽然涵盖各种领域，但其应用市场对半导体元件的需求与过去传统消费性电子、工业有极大的差异——少量多样及客制化系统单晶片(SoC)。而此种需求也给予对物联网市场有兴趣的新创公司新的市场机会。
安谋国际(ARM)应用工程经理徐达勇表示，要在物联网市场中抢占一席之地，产品的特殊性与是否能够做出差异化，将是重要的关键。产品要能差异化，传统通用型的元件可能较不符合所需，这时就需要依产品特性，打造专用的客制化SoC。
但打造一颗客制化SoC，对中小型企业或是新创公司都是极大的成本支出。事实上，中小企业和新创公司的资金有限，都得用在「刀口」上，若使用通用型元件，也许能够在成本上获得较好的控制，但产品设计时想要达成的独特性可能无法被突显。然而要向元件商订购数量不多的客制化SoC，可能会被「拒绝」，抑或者元件售价会是天价。
徐达勇指出，新创公司或规模较小的企业要自行设计客制化SoC，先撇开专门开一颗IC需要付出的高昂成本不谈，如何取得设计工具、相关软体资源，以顺利将所期待的客制化SoC设计出来，即相当困难。
然而，物联网市场少量多样与差异化特性，使得业者得改为采用更符合产品所需的客制化SoC，且还须兼顾开发成本。而要从无到有完成客制化SoC的设计与生产，需要花费相当多的时间及投注庞大的资金，如何找到更省成本、快速设计与更简单的方式，将会是业者相当关注的焦点。
有鉴于此，2010年前，ARM即推出Design Start计画，提供ARM IP快速授权全方案。徐达勇说明，Design Start在2015年时，纳入Cotrex-M0核心；2016年则提出EDA伙伴关系与核可的设计合作伙伴(Approved design partner)，提供透过Design Start计画申请IP授权的业者，更完整的开发资源。而2017年则是再度升级Design Start计画，不仅加入Cortex-M3核心及相关IP子系统，更提出无须授权费用，可待产品正式量产之后才收取权利金的方式，以期协助企业以更简单、快速和低风险的方式，实现客制化SoC的开发。
升级Design Start计画的目的在于将物联网市场做大，能有更多中小型或是新创业者加入物联网应用市场，进一步实现软体银行(Softbank)社长孙正义先前表示，在2035年达到一万亿台(Trillion)连网装置的愿景。徐达勇强调，Design Start计画是ARM抢攻物联网商机重要的市场策略，透过提供已获得市场验证，且出货已达200亿颗的Cortex-M0与M3核心，以及从设计到量产完整的软硬体开发资源与广泛的技术支援，将能协助新创业者快速开发出自有的客制化SoC，使其产品更易进入物联网市场。更重要的是，产品还能保有差异化，业者也能保护自己的专业知识(Know How)。
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印刷电路板(PCB)除了做为乘载电子元件的基板之外，也透过导线将这些元件连结在一起，以达到所需的系统功能，因此，PCB上电性与热传导的相互作用必定会影响其效能与可靠度。尤其随着电子元件的尺寸持续缩小，但又需增加功率来满足设计与功能性要求，已使得PCB热效应的重要性越来越突显，也因此推升了PCB设计对电/热协同模拟与分析的需求。
另一方面，我们正迈向万物互联的物联网(IoT)新世代，对各种智慧城市、智慧家庭、智慧汽车等各种应用，PCB设计无疑扮演了实现此愿景的重要角色。以汽车市场为例，电动车、自驾车、V2X架构等技术的快速发展，使得汽车采用半导体元件的比例大为提升。在传动系统、资讯娱乐系统、无线连结，以及安全性等应用中，强韧的系统级PCB设计将与系统完整性息息相关。为了达到效能要求，电子元件在PCB上的温度反应与操作情况，以及整体的热源管理，都会对系统的功能性与可靠度带来重大影响。
此外，由于功能密度的不断提升，系统级封装和PCB也将持续演进，朝更高的复杂度迈进，才能满足各种功能需求。从智慧型手机、到智慧家庭与智慧城市等各种应用，实现这些技术与基础架构的三个关键要素是：感测、致动与连接，这些功能不管在元件或系统层级都必须可靠地运作。
但是，在封装或系统中，晶片常会随着时间的改变而有温度上升的现象，或什至会在系统中出现「热点」。因此，需要能明确研判PCB温度随时间的变化情况，才能知道系统元件是否会如同设计所预期地正常运作。此外，PCB板上的功率消耗及散热路径也必须详细的评估，才能确认电子元件的有效性与功能性不会因温度升高而受到影响。举例来说，若PCB上有多颗感测器，「热点」可能会显著影响感测器的反应，因此若能在设计初期就妥善安排感测器元件的位置，便能够有效避免日后故障的发生。
另一方面，PCB上元件的紧密排列或是多层PCB设计都会面临严苛的冷却挑战。若能从模拟或量测取得可靠的温度数据，就能在设计时谨慎评估，是否改采不同的材料或重新放置元件。
显然，一套能够准确预测系统电热效应的模拟工具是必要的，它能提供设计人员更明确的资讯，以满足复杂系统设计的需求。这类工具必须拥有处理系统级分析的能力，并解决晶片与封装在不同操作阶段的暂态(transient)温度反应。此外，一套理想的模拟工具还需要能与封装和PCB设计紧密连结，才能加速设计周期，减少设计反覆。
传统以来，热传分析都是采用有限元素法(Finite Element Method)，利用切割网格的方式来进行分析。然而，一个电子产品可能会涵盖从奈米级晶片到尺寸达公尺级的资料中心用大型系统，要在这样如此宽广的尺寸范围中进行传统的系统级有限元素热能分析有其实际上的困难，势必无法完整考量晶片或封装中细微热点对系统热传带来的影响。
图1 典型的瞬态热模拟
为了解决此一问题，Cadence建立了一套创新的Thermal Network方法。它的基本概念是利用热参数来代表各个固体元件的热传特性，再与流场热模型结合，来进行系统级热分析。
这是一套包含暂态、稳态(steady-state)，以及计算流体动力学(CFD)的完整方案，且能够与既有的EDA工具整合，以协助设计人员更正确掌握PCB电热相互效应的真实物理现象。
为了缩短上市时程与确保产品品质，运用能够处理系统级电热协同分析的模拟工具，来提供明确的讯息是非常必要的。
此全新做法目前正在紧锣密鼓的开发阶段，并与客户合作进行准确度验证中，将能提供电子设计工程师一套热感知(thermal-aware)的分析工具，并为传统的系统热传分析带来全新的视野与不同的思维。
