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집적 회로 배치

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1. 개요

집적 회로 배치는 회로 설계의 한 방법으로, 트랜지스터, 저항, 커패시터 등의 소자를 배치하고 배선을 연결하여 집적 회로를 구현한다. 풀 커스텀 레이아웃, Auto P&R, 혼합 방식 등 다양한 방식이 존재한다. 풀 커스텀 레이아웃은 높은 정밀도를 요구하는 아날로그 집적 회로 구현에 사용되며, Virtuoso Layout Suite, Laker, Pxyis Layout 등의 소프트웨어가 사용된다. Auto P&R은 디지털 집적 회로 구현에 사용되며, IC-Compiler, Talus, Astro, Innovus, Olympus-SoC 등의 소프트웨어가 사용된다.

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집적 회로 배치
개요
"집적 회로 레이아웃은 평면 모양으로 표현된 집적 회로의 컴포넌트다."
설명집적 회로 레이아웃은 집적 회로의 컴포넌트를 평면 모양으로 표현한 것이다.
분야집적 회로 설계
전자 공학
레이아웃 설계
중요성집적 회로의 성능, 면적 및 신뢰성을 결정하는 데 중요한 단계다.
설계 과정회로도에서 시작하여 트랜지스터, 배선 및 기타 컴포넌트의 위치와 모양을 정의한다.
목표성능 요구 사항 충족
칩 면적 최소화
제조 가능성 보장
도구EDA (전자 설계 자동화) 도구를 사용하여 수동 또는 자동으로 수행할 수 있다.
도전 과제복잡한 설계 규칙, 성능 제약 및 제조 변동을 고려해야 한다.
레이아웃 검증
필요성제조 전에 레이아웃이 설계 규칙을 준수하고 원하는 기능을 수행하는지 확인하는 것이 중요하다.
방법설계 규칙 검사 (DRC): 레이아웃이 제조 규칙을 준수하는지 확인
레이아웃 대 회로도 (LVS): 레이아웃이 원래 회로도와 일치하는지 확인
전기적 규칙 검사 (ERC): 전원, 접지 및 신호 무결성을 확인
제조
과정레이아웃은 포토마스크를 생성하는 데 사용되며, 이는 웨이퍼에 회로 패턴을 전사하는 데 사용된다.
포맷GDSII 또는 OASIS 포맷으로 저장된다.
과제
설계 규칙제조 공정의 제약 조건을 충족해야 한다.
성능고속 및 저전력 작동을 위해 최적화해야 한다.
면적칩 비용을 줄이기 위해 최소화해야 한다.
신뢰성수명 동안 안정적인 작동을 보장해야 한다.
제조 가능성높은 수율로 제조할 수 있도록 설계해야 한다.

2. 풀 커스텀 레이아웃 (Full Custom Layout)

풀 커스텀 레이아웃은 회로 내 모든 소자를 공정에서 제공하는 규칙에 맞추어 수동으로 배치하고 배선하는 방식이며, 높은 정밀도가 요구되는 아날로그 집적회로 설계에 주로 사용된다.[1]

2. 1. 풀 커스텀 레이아웃의 특징

설계 회로에 사용된 트랜지스터, 저항, 캐패시터 등의 소자를 공정에서 제공하는 규칙(Design Rule)에 맞추어 100% 수동으로 그리고 배선을 연결하는 방법으로, 높은 정밀도가 요구되는 아날로그 집적회로를 구현할 때 일반적으로 사용되는 방법이다.

2. 2. 사용되는 프로그램

풀 커스텀 레이아웃 설계에는 다음과 같은 소프트웨어 도구들이 주로 사용된다.

소프트웨어 도구
Cadence Virtuoso Layout Suite
Synopsys Laker
Mentor Graphics Pxyis Layout


3. Auto P&R (Automatic Place and Route)

Auto P&R은 설계된 회로 정보를 바탕으로 공정에서 제공되는 논리 소자 셀을 자동으로 배치하고 배선하는 방식이다. 풀 커스텀 레이아웃에 비해 개발 기간이 짧고, 매우 큰 회로를 다룰 수 있다는 장점이 있다. 주로 디지털 집적회로 구현에 사용되며, 풀 커스텀 레이아웃과 함께 사용되기도 한다.

3. 1. Auto P&R의 특징

설계된 회로 정보를 바탕으로 공정에서 제공되는 논리 소자 셀을 자동으로 원하는 위치에 배치(Place)하고 배선(Routing)하는 방법으로, 풀 커스텀 레이아웃에 비하여 개발 기간이 빠르고, 매우 큰 회로를 처리할 수 있다. 디지털 집적회로를 구현할 때 일반적으로 사용되는 방법이며 풀 커스텀 레이아웃과 혼합하여 사용되는 경우도 많다.

3. 2. 사용되는 프로그램

Auto P&R 설계에 사용되는 주요 소프트웨어 도구는 다음과 같다.

소프트웨어제조사
IC-Compiler시놉시스
Talus (구 Magma)시놉시스
Astro시놉시스
Innovus케이던스
Olympus-SoC멘토 그래픽스


4. 혼합 방식 (Mixed-Signal Layout)

혼합 신호 집적회로 설계는 풀 커스텀 레이아웃과 Auto P&R(자동 배치 및 배선) 방식을 함께 사용하는 방식이다. 아날로그 회로 부분은 풀 커스텀 방식으로, 디지털 회로 부분은 Auto P&R 방식으로 설계하여 성능과 효율성을 모두 고려한다.

참조

[1] 서적 VLSI Physical Design: From Graph Partitioning to Timing Closure
[2] 논문 From Design to Tape-out in SCL 180 nm CMOS Integrated Circuit Fabrication Technology 2019-10-09
[3] 서적 Fundamentals of Layout Design for Electronic Circuits https://link.springe[...] Springer 2020
[4] 서적 The Electronic Design Automation Handbook https://books.google[...] 2010
[5] 서적 CMOS IC Layout: Concepts, Methodologies, and Tools https://books.google[...] 1999
[6] 간행물 Conference Record https://books.google[...] 1987
[7] 서적 Active Electronic Component Handbook https://books.google[...] 1996
[8] 서적 Managing More-than-Moore Integration Technology Development https://books.google[...] 2018



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