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  1. VLSI, 반도체, 설계자동화, EDA는 왜 할까? EDA의 구성요소 + EDA 관련 책 추천!
6 July 2024

VLSI, 반도체, 설계자동화, EDA는 왜 할까? EDA의 구성요소 + EDA 관련 책 추천!

EDA(Electronic Design Automation)에 대해서 써보려고 합니다. 이 글에선 EDA를 왜 쓸까?에 대해서만 다루고, 앞으로 EDA 전반에 대해 다룰 예정입니다.

참고한 서적은 아래 서적입니다.

EDA는 말 그대로, “전자 설계 자동화”입니다.

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주로 위 책을 참고할거고~~ 내용이 없는 경우, 아래 책을 참고하고 있습니다.

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전자 레벨에서 소프트웨어까지 단숨에 설명을 해보고, EDA에 대해 다시 알아보겠습니다.

반도체는 Band & Bond Theory.. 여러가지 물리/화학적 이유로 “전자기학적 현상”이 발생하는데요.

전자기학적 현상 중 “스위치와 증폭”기능이 있기 때문에.. 반도체를 사용합니다. (나무로 만든 트랜지스터도 있고, 여러가지 소재로 만든 트랜지스터가 있는데, 현대에 인간이 만든 트랜지스터 중 가장 가성비가 뛰어난 것은 실리콘으로 만든 반도체입니다.)

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과학자들이 전자기학적 요소를 발견했습니다.

이것을 소자화한게 FET이라고 불리는 트랜지스터들입니다.

Input signal의 제어에 따라, Output signal이 정해지는 소자입니다.

이 소자는 트랜지스터라고 불리고, 가장 널리 쓰이는 트랜지스터는 MOSFET입니다.

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사람이 하는 대부분의 로직 설계는,

“A 혹은 B가 1이면 Out은 1이 나오도록 설계” (OR Gate)

“A, B가 1일 때 Out은 1이 나오도록 설계.” (AND Gate)

이런 설계입니다. 이런 기본적인 회로 소자들을 Gate고 불립니다.

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Foundry에서는 주로 이 Gate를 기준으로 Fabless 고객들에게 “설계시 확인해야하는 Device parameter들이 담긴 Design Kit”전달을 합니다.

Foundry의 경쟁력 중 하나가, “얼마나 다양성이 있는 DK를 전달하는가”입니다.

속도가 아주 빠르지만, Power 소모도 아주 큰 AND Gate

속도가 빠르지만, Power 소모도 큰 AND Gate

속도가 중간이고, Power 소모도 중간인 AND Gate

이런식으로, 하나의 논리소자도 다양한 parameter를 가진 각각의 Gate로 만들어서 Design Kit에 넣어줘야… 설계자의 선택 폭이 넓어지죠.

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팹리스로 넘어와서,

디지털 설계의 본격적인 시작은 아래처럼 HDL, Verilog라고 불리는 RTL 설계를 합니다.

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과목 중 “디지털 논리 회로 설계”라는 과목이 있는 것처럼,

정말 “논리 수준에서 설계”입니다.

실제 반도체 칩은 아까 얘기했던 것처럼

1)다양한 종류의 AND Gate가 있고,

2)크기도 다르며, 실제적인 위치 배치도 해줘야 합니다.

-> 2010년 이후 나오는 반도체 칩들은 한 칩에 수백억개의 Transistor가 있습니다. 이거 사람이 일일이 골라주고, 배치하지 않아요

-> 그리고 반도체 회로가 간단하면, 검증도 사람이 진리표와 파형도 그리겠지만, 현대의 반도체는 너무 복잡하죠.

설계도, 검증도… 트랜지스터 하나 단위로 보면 별거 아닌데, 너무 규모가 커져서 어렵다는게 문제입니다.

그래서 EDA라는 방법론을 통해 문제를 Dynamic Programming 혹은 Divide & Conquer 하는거죠.

앞으로 볼 EDA 내용은 아래 순서를 따를 예정입니다. 그런데 바로 Synthesis로 들어갈 것은 아니고, 소프트웨어+수학적인 이야기를 먼저 할 예정입니다.

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Computer science + Digital engineering + Mathematics + VLSI Knowledge = EDA.

EDA는 대규모화된 회로를 효율적으로 설계/검증하기 위해 쓴다. 이 정도만 기억해두시면 됩니다.

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