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1966年的时候，Ronald Rohrer这位电器工程博士还在加州伯克利任教，当时他就领导了一个项目叫CANCER，听起来很吓人，其实是Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation的缩写，就是不含辐射的非线性电路的计算机分析，这款模拟软件在当时为电路设计带来了极高的效率。到1970年的时候，他就去了仙童半导体公司（Fairchild），大量接触到了工业前沿需求，然后CANCER 就演变为 SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）工具，现在被认为是集成电路设计仿真的行业标准。后来他又一度在学术界和工业界两边游走，一度担任Softech公司的经理、卡内基梅隆大学、南卫理公会大学、缅因大学和科罗拉多大学担任教授以及通用电气的高层。Aart J. de Geus当时是在南卫理公会大学读书的年轻人，Ronald Rohrer是他的校内职业导师，对其影响颇深，后来Ronald Rohrer去通用电气的时候，就把Aart J. de Geus带到了通用，后者一边工作，负责领导一个电路综合和过程优化的程序项目，一边在通用电气完成了他学校要求的博士论文。 通用电气的传奇CEO杰克韦尔奇在上任不久后做了一个重大的战略决定，退出半导体行业。Aart J. de Geus就去找到当时通用电气的副总裁Ed Hood，说服他将半导体电路综合技术从通用剥离出来成立新公司，通用投资40万美金占有部分股权，Aart J. de Geus则和通用的另外两位同事David Gregory和Bill Krieger来负责这个新公司，公司名叫Optimal Solution，那一年是1986。![]()
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Ronald Rohrer（左）和Aart J. de Geus（右）（图片来自网络）
1987年，Optimal Solution移到了硅谷，更名为Synopsys，是英文Synthesis and Optimization Systems的缩写。短短5年间，公司就把通用的40万美金变成了2300万美金，成为半导体行业的弄潮儿。此后便进入了行业发展的快车道，作为Synopsys 的首席执行官，De Geus 带领公司经历了几个阶段，包括将自动逻辑综合商业化、扩大产品范围和引导收购。设计规则检查和布局与原理图工具方面，他们于2002年并购了前面所提到的Avant!，电子系统级的设计和服务方面，他们于2010年收购了CoWare，漏洞管理方面2021收购了Code Dx，模拟设计自动化方面2012 收购了Ciranova， 芯片设计调试方面，2003年收购了Novas Software连带其收购公司台湾的SpringSoft。可编程逻辑器件方面2008年收购了Synplicity Inc.， 嵌入式处理器方面2010年从Virage Logic手中收购了ARC International PLC，静态代码分析方面2014年收购了Coverity，软件安全方面2015收购了Codenomicon以及Cigital，2017年收购了Black Duck Software， 2022年收购了WhiteHat Security， 2023年收购了汽车软件验证和测试工具PikeTec，2024年收购了物联网数字认证公司 Intrinsic ID。2011年11月，Synopsys以约 5 亿美元全现金交易收购其竞争对手 Magma Design Automation，结束了两家公司此前旷日持久的专利纠纷。2017 年，Synopsys 以10亿美元收购了原子级建模软件公司 QuantumWise（前身为 Atomistix），开始布局3nm节点的业务。 2023年以前Synopsys一直是沿着EDA(electronic design automation)的主线发展的，他凭借着在该领域的先发优势，占据着市场的主导地位，一路上通过收购控制了尖端技术，渐而渗透到这个领域的方方面面，而预测最基本的元器件的物理行为的TCAD是这条技术链最底层的一环，随着器件的小型化发展它的重要性开始渐渐凸显。 从最开始到本世纪初，TCAD 的主要作用是寻找控制硅晶体管小型化引起的有害漏电效应的方法，每一代都以公式化的方式通过缩小几乎所有的几何属性来实现这一目标。建模工程师以最真实的方式模拟平面硅器件中由几何和掺杂产生的电场线，然后推荐工艺条件，能够在器件关闭的情况下减少这些线（减弱电场），在器件开启的情况下增强这些线（增强电场），从而控制漏电。这需要对硅中由掺杂剂注入、扩散和活化现象进行详细的连续模拟，作为实际工艺条件的函数，然后使用硅漂移扩散 (Drift-Diffusion, 简称D-D) 模型捕捉由此产生的电子行为，并通过逆向工程实验特性进行校准。![]()
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TCAD中器件参数的增加以及模拟范围的扩展（图片来自网络)
器件慢慢变小之后，TCAD 工程师工作的几乎所有方面都出现了爆炸式增长，涉及到的参数范围和物理内容都有所增加。如上图所示，TCAD 必须评估的设计参数数量急剧增加，包括在整个有源器件区域和栅极中使用新型和设计材料、将器件架构扩展到第三维，以及由原子应变、尺寸和其他量子效应引起的电子现象。TCAD 还开始负责模拟整个维度范围内的系统，从原子尺度特征和缺陷到与器件相关的电路甚至芯片尺度行为。在各个维度上准确高效地解决所有相关问题极大地增加了 TCAD 工程师工具包中所需的模拟工具数量。![]()
TCAD模拟工具的增加（图片来自网络)
原子尺度模拟成为了TCAD 流程和设备工具箱的重要组成部分，原因有三。首先，许多设备物理学，例如导致晶体管泄漏的现象，已经超越经典范畴进入量子领域；其次，材料特性，特别是那些依赖于能带结构的特性，不再由它们的体积值描述，必须在设备尺寸每次变化时动态计算；最后，小型化引发了对解决原子级缺陷和界面特性的需求日益增长，以实现设备控制和优化。 至此，现代工业中最复杂的分支半导体产业和我们的主题密度泛函理论狭路相逢。 本篇内容偏向产业，所以其中的人物没有论文，也不曾获得学术方面的奖项。Synopsys的创始人Aart J. de Geus倒是获得过一些领导企业方面的奖项，其中包括2007 年 IEEE Robert N. Noyce 奖章，但是他最愿意提及的奖项是他参与的乐队“Black Cat Bone Blues Band”在瑞士国家业余爵士摇滚音乐节决赛中获得布鲁斯类别一等奖，该乐队还陪同芝加哥资深钢琴音乐家 Sunnyland Slim 进行了欧洲巡演的瑞士站。如今，de Geus是硅谷“Legally Blue”蓝调乐队的主音吉他手。Legally Blue 曾在多个筹款活动中无偿演奏，支持 CityYear、中风意识基金会、圣何塞爵士组织、无国界医生组织等。下面的视频为de Geus在街头忘情演奏的画面。
密度泛函理论 第1期 | 热门领域学树系列
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