AI赋能PCB设计：Allegro X AI的变革力量

传统 PCB 设计的困境

在电子产品迭代迅速的当下，传统 PCB 设计流程的局限性愈发凸显。布局布线作为 PCB 设计的关键环节，以往依赖人工手动操作，这一过程极为繁琐且耗时。工程师需逐一确定每个电子元件的摆放位置，如同在复杂的拼图中寻找每一块的最佳归宿，考虑元件之间的电气连接、散热需求、空间布局等多方面因素 。完成一个中等规模的 PCB 布局，往往需要花费数天时间，若遇到复杂的多层板设计，耗时更久。

布线工作同样艰巨，工程师要按照设计要求，在有限的空间内规划线路走向，避免线路交叉、短路等问题，确保信号传输的稳定性。手动布线不仅效率低下，而且容易受到人为因素的影响，出现疏漏或错误。一旦发现问题，修改起来也十分麻烦，需要耗费大量的时间和精力进行排查与修正。

这种传统的设计方式严重影响了产品的上市速度。在市场竞争激烈的今天，时间就是竞争力，产品晚一天上市，就可能错失市场先机，面临被竞争对手抢占份额的风险。此外，长时间的设计周期也增加了研发成本，包括人力成本、时间成本以及可能因延迟上市而导致的市场机会成本等。

Allegro X AI 横空出世

（一）Cadence 的创新之举

为了打破传统 PCB 设计的困局，楷登电子（美国 Cadence 公司，NASDAQ：CDNS）在 2023 年 4 月 7 日宣布推出了 Cadence® Allegro® X AI technology。这是 Cadence 新一代系统设计技术，依托强大的 Allegro X Design Platform 平台，为 PCB 设计带来了前所未有的变革 ，在性能和自动化方面实现了革命性的提升。

（二）核心技术亮点

Allegro X AI 技术的核心在于利用云端的扩展性来实现物理设计自动化。它如同一位不知疲倦且智慧超群的工程师，能够自动执行器件摆放、金属镀覆以及关键网络布线等关键任务 。在传统设计中，工程师需要花费大量时间精力去确定器件位置，规划布线，而 Allegro X AI 技术能够在短时间内完成这些工作，大大提高了设计效率。

同时，它还集成了快速信号完整性和电源完整性分析功能。在电子产品中，信号完整性和电源完整性对产品性能起着关键作用。信号完整性不佳可能导致信号失真、延迟甚至丢失，影响产品的正常通信；电源完整性问题则可能引发电压波动、噪声增加等，影响芯片及其他电子元件的稳定运行。Allegro X AI 技术能够实时分析这些关键因素，确保设计在电气方面准确无误，满足产品的高性能需求 ，为后续的制造环节提供坚实保障。

显著优势剖析

（一）生产力飞跃

Allegro X AI 的自动化布局功能堪称 PCB 设计领域的效率利器。传统设计中，布局布线环节犹如一场耗时费力的马拉松，工程师需要凭借经验和反复尝试来确定元件位置和布线方案 。而 Allegro X AI 凭借其可扩展架构，充分利用云端强大的计算基础设施，实现了布局布线的自动化。它能够快速分析大量的设计数据和约束条件，在短时间内生成高质量的布局布线方案。以往需要数天才能完成的布局布线任务，如今借助 Allegro X AI 技术，仅需几分钟就能搞定，设计周转时间大幅缩短，让产品能够更快地推向市场，抢占先机。

（二）质量优化

在设计的早期阶段，利用生成式 AI 自动布局功能，Allegro X AI 能够进行全面且深入的可行性分析。与传统手动方法相比，它不再局限于有限的几种布局思路，而是能够探索更多的解决方案可能性。比如在设计一款智能手机的 PCB 时，传统手动设计可能只能考虑到几种常规的元件布局方式，而 Allegro X AI 可以在短时间内生成数十种甚至上百种布局方案，并从中筛选出最优解。通过对这些方案的评估和优化，能够进一步优化各类指标，如在缩短线长的同时严格遵守设计约束条件。较短的线长不仅可以减少信号传输过程中的损耗和干扰，还能提高信号传输的速度和稳定性，从而提升整个产品的性能。

（三）高效设计收敛

Allegro X 平台与系统分析技术紧密集成，为工程师优化设计的电气和热性能提供了有力支持。在电子产品运行过程中，电气性能和热性能是影响产品稳定性和可靠性的重要因素。如果电气性能不佳，可能导致信号失真、噪声增加等问题，影响产品的正常运行；而热性能不好，会使电子元件温度过高，缩短元件寿命，甚至引发故障。Allegro X AI 技术集成了快速信号完整性和电源完整性分析功能，能够实时监测和分析设计中的电气性能指标，及时发现并解决潜在的电气问题。同时，它还能对热性能进行模拟和分析，通过优化元件布局和散热设计，确保产品在各种工作条件下都能保持良好的热稳定性，实现高效的设计收敛 。

实际应用成效

（一）Velux 案例

国际知名建筑产品制造商 Velux，在 PCB 设计领域一直积极探索创新技术的应用。当他们引入 Allegro X AI 技术后，其 PCB 设计部的工作发生了翻天覆地的变化。以往，完成一个中等复杂度的 PCB 布局，工程师们需要花费数天的时间，反复权衡各种因素，手动调整元件位置，过程繁琐且容易出错。而现在，借助 Allegro X AI 技术，布局用时从几天大幅缩短至几分钟。不仅如此，AI 技术还充分考虑了信号完整性和电源完整性的影响，为设计提供了全新的布局方案 。这一转变不仅极大地提高了设计效率，还让设计团队能够更快速地响应市场需求，推出更具竞争力的产品。正如 Velux 的 PCB 设计部的 Allan Nørgaard CID 所说：“Allegro X AI 技术将布局用时从几天缩短至几分钟，同时兼顾信号完整性和电源完整性的影响。搭载的 AI 技术还能提供新的布局方案。该技术极大地缩短了设计用时，将从根本上改变我们进行 PCB 设计的方式。”

（二）施耐德电气案例

作为全球能源管理和自动化领域的领导者，施耐德电气深知产品开发周期和质量对于业务成功的关键意义。在采用 Cadence 的 Allegro X AI 技术后，他们成功显著缩短了开发周期。硬件设计师们可以借助该技术，轻松对设计的密度和复杂性进行全面评估，及时调整电气设计。在设计一款新型智能配电设备的 PCB 时，工程师利用 Allegro X AI 技术，快速生成多种布局方案，并通过实时分析信号完整性和电源完整性，选择出最优方案。这不仅确保了设计能够快速高效地完成，还提高了产品的整体性能和稳定性 ，增强了产品在市场上的竞争力。施耐德 PLM 流程与管理副总裁 Jean-Christophe Dejean 表示：“在施耐德电气，周转时间和最终产品的质量对业务成功至关重要。借助 Cadence 的 Allegro X AI 技术，我们可以显著缩短开发周期。硬件设计师可以对密度和复杂性进行评估，并调整电气设计，确保快速高效地完成设计，并提高生产力。”

（三）Kioxia 案例

Kioxia 作为全球知名的存储解决方案提供商，对设计师的工作效率有着极高的要求。他们的团队与 Cadence 紧密合作，充分利用 Allegro X AI 技术，实现了 IC 封装和 PCB 参考设计的自动布局布线。在传统设计模式下，完成 IC 封装和 PCB 参考设计的布局布线需要耗费大量的时间和人力，而现在，借助 Allegro X AI 技术，这一过程的时间大幅缩短。这使得 Kioxia 能够更快地将新产品推向市场，满足客户对存储产品不断增长的需求 ，提升了企业在市场中的响应速度和竞争力。Kioxia Corporation 封装和测试技术部技术主管 Chiaki Takubo 表示：“设计师的工作效率对于 Kioxia 的业务成功至关重要。我们的团队正在与 Cadence 密切合作，利用 Allegro X AI 技术实现 IC 封装和 PCB 参考设计的自动布局布线，大幅度缩短了设计周转时间。”

行业影响与展望

（一）对 PCB 设计行业的变革

Allegro X AI 技术的出现，无疑在 PCB 设计行业中掀起了一场变革风暴。它打破了传统设计模式的桎梏，将布局布线等关键任务从繁琐的手动操作转变为高效的自动化流程，极大地提升了设计效率。这使得设计团队能够在更短的时间内完成更多的设计项目，满足市场对电子产品快速更新换代的需求。同时，其优化设计质量的能力，也促使整个行业对产品性能有了更高的追求标准，推动了行业向更高质量的方向发展。

从行业竞争格局来看，采用 Allegro X AI 技术的企业，在产品研发速度和质量上都具备了明显的优势，能够在市场竞争中抢占先机。这也促使其他企业不得不加快技术升级的步伐，引入类似的先进技术，以保持竞争力。这种技术的普及和应用，将推动整个 PCB 设计行业的技术水平提升，促进产业的升级和优化。

（二）对未来电子系统设计的展望

展望未来，随着 Allegro X AI 等人工智能技术在电子系统设计领域的不断深入应用，电子系统设计将迎来更多的创新和突破。在设计理念上，工程师将从繁琐的基础设计工作中解放出来，有更多的时间和精力投入到系统架构创新、功能优化等更高层次的设计思考中 。例如，在设计一款智能穿戴设备时，工程师可以借助 Allegro X AI 快速完成 PCB 的布局布线，然后将更多精力放在如何优化设备的用户体验、增加新功能等方面，推动电子系统设计向更具创新性和智能化的方向发展。

在多领域协同设计方面，AI 技术也将发挥重要作用。未来的电子系统设计将不再局限于单一的 PCB 设计，而是涉及芯片、电路板、系统等多个领域的协同。Allegro X AI 技术能够与其他设计工具和技术进行深度集成，实现多领域设计数据的共享和协同分析，帮助工程师更好地解决跨领域设计中的复杂问题 。比如，在设计一款高性能计算机时，通过 AI 技术可以实现芯片设计与 PCB 设计的协同优化，确保芯片与电路板之间的信号传输更加稳定高效，提高整个系统的性能。

此外，随着 AI 技术的不断发展和完善，未来的电子系统设计可能会实现更加高度的自动化和智能化。从最初的设计需求分析，到最终的设计方案生成，AI 系统能够根据用户的需求和大量的设计数据，自动生成多种可行的设计方案，并通过实时分析和评估，为用户提供最优选择 。这将进一步缩短设计周期，降低设计成本，提高设计质量，为电子系统设计带来全新的发展机遇。

审核编辑 黄宇

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