Od ručního návrhu až k CAD: výběr programu

Polovina 80. let minulého století přinesla průlom v návrhu DPS na počítači. Programy pro návrh desek na pracovních stanicích již měly většinu potřebných funkcí a byly výrazně výkonnější. Zároveň přišla firma IBM s osobním počítačem AT, a tak se záhy objevilo několik programů, které umožnily návrh desek širší skupině zájemců za výrazně nižší cenu. Bylo už z čeho vybírat.

V předcházejícím článku [1] jsem stručně popsal začátky návrhu desek plošných spojů na počítači v první polovině 80. let minulého století. Byla to doba plná nadšení i experimentování s návrhem desek bez pevných pravidel. Software i hardware byly velmi drahé, a tak si je mohly dovolit pouze velké firmy. A i když jsem už u jedné takové firmy pracoval, dostal jsem nabídku od jiné, ještě větší společnosti.

Výzkumný a vývojový ústav Microtel Pacific Research (MPR) ve Vancouveru sice nebyl až tak veliký, ale jeho zázemí ano − Microtel byla druhá největší telekomunikační firma v Kanadě a byla vlastněna telefonní společností BC Tel působící v provincii Britská Kolumbie. Ústav MPR vyvíjel pro potřeby Microtelu telekomunikační zařízení, ale zatímco se zákaznické obvody již navrhovaly s pomocí softwaru od Mentor Graphics, návrh desek stále probíhal pomocí digitizéru [2] nebo se zadával externě. Mým prvním úkolem tedy bylo podílet se na výběru vhodného programu pro návrh desek.

Situace v 80. letech

V roce 1985 již bylo z čeho vybírat, protože systémy pro komplexní návrh desek začalo nabízet více firem. Firmy jako Daisy Systems Corporation, Valid Logic Systems a Mentor Graphics byly průkopníky v tzv. front-end segmentu, který zahrnoval kreslení schémat a simulace. Právě ony daly vzniknout termínu EDA software (Electronics Design Automation), který se používá dodnes. Na druhé straně již existovali také dodavatelé programů pro návrh desek − Racal-Redac, Computervision, Scientific Calculations, Secmei, AT&T, Omnicad Corporation a další. Dnes zavedené firmy, jako je Cadence nebo Mentor, byly tehdy s programy pro návrh desek teprve na začátku, protože se primárně věnovaly návrhu integrovaných obvodů.

Programy tehdy stále ještě běžely na pracovních stanicích, jakými byly Apollo (Apollo Computer) nebo VAX a MicroVAX (Digital Equipment Corporation - DEC), ale někteří dodavatelé softwaru si vyráběli vlastní počítače. Operačními systémy té doby byly Aegis, Domain nebo Unix, RAM paměť bývala 4 MB, zatímco pevné disky mívaly kapacitu od 20 do 80 MB. O taktovací frekvenci se moc nemluvilo, ale byla většinou kolem 12 MHz.

Ceny softwaru i hardwaru se pohybovaly řádově v desítkách až stovkách tisíc dolarů, a tak si je mohly dovolit pořídit pouze větší firmy. Například program AT&T Omniboards pro návrh desek stál 40 tisíc dolarů a navazující autorouter AT&T Omniroute dokonce více než sto tisíc. Tato situace se ale měla brzy změnit.

Horkou novinkou se totiž staly osobní počítače IBM AT. S cenou kolem 6 tisíc dolarů, 20MB pevným diskem, operačním systémem DOS, disketovou jednotkou pro pětipalcové pružné disky a rychlostí 6 MHz už nabízely jisté uplatnění i v případě CAD programů. Příležitosti se chopili dosud neznámé malé firmy i jednotlivci a doslova přes noc přišli s programy pro návrh desek. Richard Nedbal, jehož rodiče pocházeli z jihočeského Písku, uvedl snad nejznámější návrhový program všech dob – P-CAD a např. tehdy začínající firma PADS přišla se svým stejnojmenným programem. Nově založená společnost OrCAD Systems Corporation vydala svůj OrCAD SDT pro kreslení schémat, který se velmi rychle rozšířil do celého světa. Zde je vhodné připomenout, že OrCAD je od té doby v oboru EDA softwaru nejvíce ceněnou značkou, i když dnešní program téhož jména už nemá s tím původním nic společného. Všechny tyto programy stály méně než deset tisíc dolarů čili zlomek ceny programů pro pracovní stanice. Navíc se počítač IBM AT stal ikonou dostupného hardwaru a brzy ho začali „klonovat“ další výrobci, většinou za ještě nižší cenu. To vše přispělo v následujících letech k rychlému rozšíření softwaru pro návrh desek mezi malými firmami a jednotlivci.

Výběr softwaru a hardwaru

Na výběr vhodného programu pro Microtel Pacific Research jsme byli dva − můj vedoucí, který přistupoval k výběru z pohledu širších zájmů firmy, a já, protože jsem už měl s používáním softwaru tohoto typu nějaké zkušenosti. Bylo jasné, že program pro IBM AT ani tento druh počítače nepřicházel v úvahu, protože takto velká firma nemohla riskovat a pořídit si něco nového, neodzkoušeného, a navíc až „podezřele levného“.

Můj nadřízený nakonec vytipoval několik málo dodavatelů, ke kterým jsme měli zajet a na místě jejich produkty ohodnotit. Jednalo se o výrobce pracovních stanic Apollo Computers, tehdy nejznámějšího dodavatele programů pro návrh desek − anglickou firmu Racal-Redac, francouzskou softwarovou firmu Secmei a společnost Mentor Graphics, jejíž některé programy se už v naší firmě používaly.

S výjimkou Mentor Graphics sídlily všechny tyto firmy kolem města Boston v americkém státě Massachusetts. Teprve při návštěvě tohoto regionu jsem zjistil, že okolí Bostonu bylo tou dobou kolébkou high-tech firem zaměřených zejména na návrh a výrobu počítačů, dodavatelů softwaru a mnoha vědeckých pracovišť z různých oborů. Byl to důsledek vysoké koncentrace lidí s vysokoškolským vzděláním, o kterou se zasloužilo devět místních univerzit a institutů, včetně MIT a Harvardu. Bylo vzrušující vidět podél silnice Route 495 velké poutače na světoznámé firmy, které jsem zatím znal pouze z technických časopisů – DEC, Wang, Prime Computer, Data General, Apollo, Racal-Redac, Computervision a další.

Nejdříve jsme navštívili zastoupení anglické firmy Racal- Redac, která v té době přišla s novým programem pro návrh desek Visula. Program nebyl zrovna levný, zato ale nabitý funkcemi, které jsem do té doby ještě neviděl. Tak například jeho interaktivní autorouter na jeden spoj se jako had vlnil za kurzorem, který ho naváděl a sám obcházel překážky. Překvapilo mě automatické vylévání měděných ploch s dodržením nastavených izolačních mezer atd. Dnes to jsou běžné možnosti většiny programů, ale tenkrát to byl v technice návrhu desek průlom. Zde jsem také mohl poprvé vidět jeden z jejich programů pro IBM AT – RedBoard pro návrh desek (RedLog pak byl určen pro kreslení schémat). Nejdřív jsem nechtěl věřit, že by na té malinké obrazovce počítače bylo možné navrhovat desku a ještě tam mít ovládací menu, když high-end návrhové programy té doby používaly za tím účelem dva monitory. Krátká ukázka mě ale přesvědčila, že to jde, i díky intuitivnímu ovládání programu. Můj kolega však mé nadšení nesdílel. Měl ale v podstatě pravdu, potřeby naší firmy byly přece jen jiné. Kancelář firmy Racal-Redac jsme v následujících dnech navštívili ještě několikrát, abychom si ověřili možnosti programu Visula a probrali všechny dotazy.

Zastoupení francouzské firmy Secmei bylo nedaleko, a tak jsme neměli problém ji také v průběhu týdne několikrát navštívit a nechat si předvést její návrhový program. Měl jednu velkou zajímavost – táhl plošné spoje na rastru 33,3 milsů místo obvyklých 20. Plošné spoje tak byly dál od sebe, ale při průchodu mezi vývody integrovaného obvodu (100 milsů) uměl program spoj automaticky vycentrovat a v případě dvou spojů mezi vývody je uměl protáhnout za cenu automatického zúžení šířky spoje i izolační mezery.

Apollo Computer byla větší společnost, která vyvíjela a vyráběla počítače Apollo. Ty byly v té době zřejmě nejrozšířenějšími grafickými stanicemi v Severní Americe. Na rozdíl od jiných výrobců počítačů si tato firma vyráběla téměř všechno sama a byla tedy po technologické stránce velmi dobře vybavena. Protože jsem na stanici Apollo pracoval už u svého předchozího zaměstnavatele, zajímaly mě spíš nějaké novinky. Ukázalo se, že vývojáři v Apollo Computer byli vtipálci, když nám předvedli několik grafických žertíků, které nám jako bonus slíbili nainstalovat. Jeden z nich začal najednou posouvat celý obraz zprava doleva, přičemž ho před sebou jako by tlačila malá kráčející postava. Po úplném zmizení se obraz automaticky vrátil na původní místo. Jiným vtípkem bylo „tání” obrazovky, kdy začal obraz shora dolů mizet jako rychle tající led. Takových vtípků bylo více, daly se spouštět náhodně nebo v předem nastavených intervalech, aby umožnily uživateli udělat si přestávku nebo si trochu zlomyslně vystřelit z nových kolegů.

Během týdenního pobytu a návštěv u jednotlivých firem jsem si nemohl nevšimnout zajímavé věci. Několikrát jsem viděl zaměstnance různých firem v družném přátelském rozhovoru. Na tom jistě nebylo nic špatného, ale co firemní tajemství? Dostalo se mi vysvětlení, že právě tato družnost mezi lidmi velice napomohla šíření know-how a rozkvětu high-tech průmyslu v tomto regionu. Koncentrace firem zde byla velká a lidé často přecházeli z jedné do druhé i se znalostmi, které na jednotlivých pracovištích získali. Vždyť i zakladatel firmy Appolo Computer pracoval původně v Prime Computer. Znalosti a zkušenosti se tak mezi jednotlivými firmami volně přelévaly jako ve spojených nádobách.

Nakonec jsme pro návrh desek vybrali systém firmy Secmei, pro kreslení schémat program od Mentor Graphics a k tomu samozřejmě pracovní stanici Apollo. Program Visula od Racal- Redac byl zcela nový, a i když vypadal velmi pěkně, byl to risk. Už tenkrát se vědělo, že v každém novém programu jsou chyby, a to tím více, čím „čerstvější” program je.

Další vývoj

Návrh desek se v naší firmě MPR úspěšně rozjel na několika stanicích díky zakázkám pro radarové základny na severu Kanady. V roce 1988 ale došlo k odtržení oddělení návrhu desek od zbytku společnosti MPR. Pokračovali jsme pod hlavičkou PDE (Pacific Design Engineering), přičemž tato nová firma byla i nadále vlastněná MPR, ale zajišťovala návrh desek i pro jiné firmy na zakázku. PDE existuje dodnes [3] a své zaměření rozšířila i na mechanické návrhy, vývoj softwaru a produktů od prvotního nápadu až do podoby funkčního modelu [4]. Původní mateřská firma MPR zanikla kolem roku 1996.

Firma Racal-Redac už dnes neexistuje. Její softwarová část (Redac) byla v polovině 90. let prodána japonské firmě Zuken. Visula, její hlavní software pro návrh desek, se u Zukenu stal základem dnešních programů řady CR (CR5000 až 8000). Firma Racal-Redac vznikla již v roce 1965 a jejím hlavním úkolem byl vývoj CAD softwaru pro mateřskou firmu Racal, jednoho z největších anglických výrobců elektroniky. První program pro návrh desek vyvinula již v roce 1970 a počátkem 80. let už měla i několik dalších programů (CADET PCB, MAXI/PC atd.). Její interaktivní autorouter v programu Visula se stal později základem proslulého autorouteru Bloodhound. Ve své době zaujímala firma Racal-Redac na trhu se softwarem pro návrh desek výjimečné postavení (kolem 20 %).

Společnost Apollo Computer si v průběhu 80. let minulého století vedla velmi dobře a zaujímala na trhu s pracovními stanicemi třetí místo hned za firmami DEC a SUN Microsystems. V roce 1989 pak byla převzata společností Hewlett-Packard. Ta použila větší část počítače Apollo ve své stanici HP 9000. Ještě v roce 1992 bylo ve světě více než sto tisíc uživatelů stanic Apollo [5], kteří používali OS Domain.

Další osud francouzské firmy Secmei, respektive jejího softwaru pro návrh desek, není zcela jasný, protože už o ní nelze nalézt žádné informace. V roce 1988 od ní chtěla firma MPR koupit zdrojový kód jejího programu, aby ho mohla upravit pro nový operační systém OS/2 od IBM a nabízet ho pak jako svůj vlastní software pro návrh desek. Po roční intenzivní práci, když byl software téměř hotový, byl ale náhle jeho vývoj ukončen, a to údajně kvůli neúměrnému šponování ceny ze strany Secmei. Uživatelů programů Secmei nebylo příliš mnoho, a tak je klidně možné, že právě rozvázání spolupráce s MPR firmě zlomilo vaz.

Závěr

Programátoři byli již před více než třiceti lety schopni napsat velmi výkonné programy, ale pomalé a nevýkonné počítače jim byly brzdou. Když porovnám dnešní možnosti programů pro návrh desek s možnostmi tehdejších programů, vidím spíš jen dílčí vylepšení než nějaký zásadní rozdíl. Vždyť tehdejší programy, zejména ty, které běžely pod Unixem na stanicích, už uměly automaticky rozmisťovat součástky po skupinách (clusters), odsouvat překážející spoje do strany či vylévat měď. Většina názvů tehdejších programů i firem je však dnes už zapomenuta (Daisy, Valid, Phase Three Logic, Futurenet, DDE SuperMax, MaxRoute atd.). Nástup osobních počítačů a klesající ceny softwaru umožnily každému navrhovat desky na počítači. Programy jako P-CAD, PADS, Cadstar, Protel, OrCAD a další zcela vytlačily ruční zpracování schématu i návrhu desek.