VLSI, EDA 알아보기

VLSI, EDA 알아보기 - 식빵코더

 

https://blog.naver.com/gc_na/223421941601

이 글은 위 블로그의 포스팅을 참고하여 작성하였습니다.

개인적인 공부를 위해 작성한 글입니다. 

 

 

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VLSI란,

초대규모집적회로 (Very Large Scale Integrated circuit)을 뜻한다.

단어 그대로 전자회로를 아주 집적화한 회로라고 할 수 있다. 대규모 메모리, 대형 마이크로프로세서, 단일 칩 마이크로세서를 포함한다.

 

VLSI는 반도체의 미세화 트렌드에 발맞춰 새로운 물리적 설계를 해 왔지만,

더 이상 물리적으로 미세한 반도체를 만드는게 어려워짐에 따라 '전용 반도체'라는 개념이 탄생하였다.

'인공지능 전용 반도체', '차량용 반도체'가 그 예이다. 각 기업이 자신의 사업 분야에 딱 맞는 '전용 반도체'를 만들어 맞춤화된 반도체를 만들고 있다는 것이다.

IT 빅테크 기업들은 자신들의 SW에 전용으로 쓸 반도체를 설계하여 만들고 있는 게 최근의 추세라고 한다.

 

따라서 '전용 반도체 설계 기술'이 중요해졌다.

위 포스팅에 따르면, 앞으로 반도체 성능 개선을 위해서는 '전용 반도체 설계'와 '첨단 패키징'이 가장 유망하다고 한다. 재료공학이나 공정 노드 축소가 가능하다면 좋겠지만, 아직은 수율과 양산 단가가 맞지 않는다고 한다.

 

나도 반도체의 미세화에 집중하여 소자 개발, 공정 개발에 관심을 보여 공부해보았고, 막상 기술적 한계를 알게 되다 보니, 요즘은 회로 설계에 관심을 두고 공부하고 있다.

 

 

 

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다음은 EDA이다.

 

EDA란, 전자 설계 자동화 (Electronic Design Automulation)을 뜻한다.

이는 때로 전자 컴퓨터 활용 설계 (Electronic Computer-Aided Design, ECAD)라고 불리기도 하며

Electronic이 생략된 CAD라고 불리기도 한다.

 

 

EDA Tool이라 함은 SW를 통해 전자 회로 설계를 자동화하는 분야이다. (EDA, VLSI CAD 등으로 불림)

대표 기업은 Synopsys, Cadense, SIEMENS 등이 있다.

 

 

전통적인 EDA 툴은 룰에 기반한 알고리즘을 사용해 왔으며, 인간 전문가와 수학적 분석에 크게 의존해왔다.

하지만 현대 IC 설계의 복잡성 증가와 반도체 첨단 공정 기술에 따른 제약 조건 강화로 인해 한계에 부딪히고 있다. 따라서 최근에는 AI 기술과 EDA 플로우를 통합하여 최적화된 설계 및 검증을 이어가고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167926023000901

 

 

위 논문은

VLSI 설계 및 테스트에서 AI 의 활용으로 복잡하고 데이터 집약적인 작업에 자동화된 접근이 가능하고,

VLSI 설계 및 제조에 AI 및 머신 러닝 알고리즘을 사용하면 다양한 추상화 단계에서 효율적 데이터 처리가 가능하여 IC 수율을 개선하고 제조 시간을 단축할 수 있다는 내용을 담았다.

 

 

논리 합성 단계(Logic Synthesis)에서 기계 학습(Machine Learning, ML)을 활용하고,

IC의 물리 합성 단계(Physical Design)에서 강화 학습(Reinforcement Learning, RL)을 활용한다.

 

 

물론 아직까지는 EDA에 AI를 적용하기엔 많은 문제가 있다.

데이터 부족 및 품질 문제, 해석 가능성과 신뢰성, 복잡성 등이 그 문제이다.

 

 

 

 

 

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위 내용을 요약 정리해 보자면,

 

VLSI는 대규모집적회로를 뜻하며, 반도체 소자를 집적화하여 작게 만든 소자이다.

최근 IT 기업 등에서 '전용 반도체'를 제작하여 활용하는 것이 최근의 트렌드.

 

EDA는 전자 설계 자동화를 뜻하며, 회로 설계/테스트/제조 단계에서 신뢰성 검증을 진행하고, 설계 자동화를 통해 수율을 개선하는 Tool이다.

VLSI 설계는 물론 많은 분야에서 활용이 가능하다.

 

 

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추가로 예시로 든 EDA Tool 기업별 사업 분야에 대해서도 알아보았다.

 

 

 

 

 

Synopsys 시높시스

반도체 설계 분야: 고성능 및 수율 최적화를 위한 회로 디자인 설계 툴, 반도체 공정 사전 검증 솔루션 SW, 초미세 공정과 모델을 위한 TCAD/Litho 솔루션 제공

시스템 검증: IP부터 SoC, 시스템 및 소프트웨어에 이르기까지 복잡한 전자 시스템의 개발 및 검증을 가속화하는 포괄적인 시스템 설계 솔루션 제공 (Emulation, Prototyping, FPGA Development, Verification IP 등)

광학 솔루션: 광학/조명 설계 소프트웨어, 카메라 시스템 통합 솔루션 등

 

 

 

 

 

 

Cadence 케이던스

Custom IC and RF: 회로 설계/ 시뮬레이션, 설계 신뢰성(Design Reliability), 레이아웃 설계/ 검증, RF 설계 등

Degital Design and Signoff: 형식적 동등성 검사 프로세스(Formal equivalence checking), Functional ECO(Register-Transfer Level의 Engineering Change Orders를 구현하기 위한 Tool, 줄여서 RTL ECO 구현 tool), 저전력 검증, 합성(Synthesis), 전력 분석, 테스트 자동화 등

IC Package: IC 패키지 설계, Cross-Platform Co-Design and Analysis, 멀티 칩(렛) 설계 등

Silicon Solutions: Protocol IP, Compute IP, Simulation VIP

PCB Design: Front-End Schematic Capture, Back-End Board Layout and Routing 등

System Analysis

Verification: Simulation, AI-Driven Verification, Emulation and Prototyping, Formal and Static Verification, Debug 등

 

 

 

 

SIEMENS 지멘스

아주 다양한 분야의 사업 포트폴리오를 가지고 있는데,

반도체 제조 분야에서는 반도체 설계 및 제조 솔루션을 제공한다.