핵심 요약
반도체 산업은 설계 복잡성의 증가, 더욱 엄격해진 성능 요구사항, 그리고 더 빠른 시장 출시 시간에 대한 요구로 인해 큰 변화를 겪고 있습니다. 이러한 요구를 충족하기 위해 엔지니어링 팀은 아날로그, 디지털 및 검증 영역에 걸쳐 기존에 분리되어 있던 워크플로를 하나로 통합해야 합니다. MATLAB® 및 Simulink®를 활용한 모델 기반 설계를 도입하면 초기 알고리즘 개발 및 아키텍처 모델링부터 PPA(전력, 성능, 면적)를 고려한 RTL 생성, UVM 검증, 신호 무결성 분석, 그리고 업계 표준 전자 설계 자동화 툴과의 통합에 이르기까지 반도체 라이프사이클 전반에 걸쳐 이 통합이 가능해집니다.
이 백서에서는 MATLAB 및 Simulink를 활용해 종단간 반도체 설계 및 검증 워크플로를 어떻게 지원하는지 살펴보며, 이를 통해 팀이 혁신을 가속화하고 위험을 줄이며 고성능 시스템을 구현할 수 있는 방법을 소개합니다. MATLAB 및 Simulink는 조기 검증 및 아키텍처 탐색을 가능하게 하고, PPA를 고려한 RTL 생성을 지원하며, Cadence®, Synopsys® 및 Siemens EDA®와 같은 EDA 워크플로와의 통합을 통해 검증을 앞당기고 협업을 간소화하여 전체적인 성과를 최적화하도록 엔지니어링 팀을 지원할 수 있습니다.
전통적으로 반도체 워크플로는 단절되어 있습니다. 아날로그 팀과 디지털 팀은 통상적으로 서로 분리된 환경에서 상호 연계되지 않은 툴과 프로세스를 사용해 작업합니다. 이러한 단절은 비효율을 초래하고, 개발 후반 단계에서 설계 문제가 발생하거나, 성능 목표를 달성하지 못하는 원인이 되곤 합니다. MATLAB 및 Simulink는 EDA 툴과의 통합을 통해 설계 프로세스의 모든 단계를 연결하는 통일된 모델링 및 시뮬레이션 환경을 제공함으로써 이러한 문제들을 해소할 수 있습니다.
이 통합은 단순한 편의성을 넘어 전략적 가치를 지닙니다. 기존의 MATLAB 및 Simulink 모델을 골든 레퍼런스, 자극 생성기 또는 PPA를 고려한 합성 가능 RTL 및 IBIS-AMI 모델 생성에 재사용함으로써, 아키텍처 모델링과 하드웨어 구현 간의 간극을 해소할 수 있습니다. 이 접근 방식은 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 설계 및 검증 단계 전반에 걸쳐 일관성과 협업을 보장합니다. 이 백서의 다음 섹션에서는 반도체 설계 및 검증에서 중요한 세 가지 핵심 워크플로 사례를 통해 이러한 이점을 설명합니다.
- 초기 혼성 신호 거동 모델링
- 현실적인 시나리오에 기반한 아키텍처 검증
- PPA를 고려한 합성 가능 RTL 생성
이러한 각 워크플로는 서로 유기적으로 연결되어 종단간 반도체 설계 전략을 구성할 뿐만 아니라, 동시에 모델 기반 설계 및 조기 검증을 지향하는 업계 전반의 추세를 반영합니다.
200Gb/s를 초과하는 SerDes와 같은 고속 혼성 신호 시스템은 아날로그 및 디지털 컴포넌트가 통합되어 있어 고유한 설계 과제를 수반합니다. 이러한 시스템은 프로세스 변동, 온도 변화 및 전원 전압 변동에 대해 충분한 견고성을 갖추도록 데이터 컨버터, 클록 합성기 및 전압 기준과 같은 컴포넌트를 필요로 합니다.
기존의 워크플로에서는 검증이 설계 주기의 후반으로 미뤄지는 경우가 많아, 그로 인해 비용이 큰 재설계 위험이 증가합니다. 초기 거동 모델링은 최종 구현 전에 시스템 컴포넌트의 시뮬레이션 및 검증을 가능하게 함으로써 이런 문제를 해결합니다. 엔지니어들은 아키텍처 모델을 사용해 EDA 시뮬레이터 내에서 시뮬레이션할 수 있는 거동 모델을 생성할 수 있으며, 이를 통해 서브시스템을 병렬로 개발할 수 있습니다.
예를 들어, SerDes 시스템에서는 ADC(아날로그-디지털 컨버터) 거동 모델을 사용해 최종 ADC 설계를 기다리지 않고도 보정 기법을 설계할 수 있습니다. 이러한 병렬 개발 방식은 개발을 가속화하고 반복적 개선을 촉진합니다.
초기 거동 모델을 도입함으로써 엔지니어들은 설계 위험을 줄이고 유연성을 높이며 전반적인 시스템 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이 접근 방식은 최신 혼성 신호 시스템의 복잡성을 관리하고 경쟁이 치열한 시장 환경에서 경쟁력을 유지하는 데 필수적입니다.
수정 루프가 포함된 시스템 모델.
현대 반도체 시스템, 특히 자동차 레이다 응용 사례에서 사용되는 시스템은 다양한 동적 환경 조건에서도 신뢰성 있게 작동해야 합니다. 전통적인 검증 접근 방식은 종종 실제 시나리오의 복잡성을 포착하지 못하는 추상적인 테스트 패턴에 의존합니다. 이러한 괴리는 개발 후반 단계에서 문제를 야기하거나 고객 기대와의 불일치로 이어질 수 있습니다.
MATLAB 및 Simulink를 사용하면 IC 아키텍처를 모델링하고, 이른바 환경 인 더 루프 검증(Environment-in-the-Loop Verification)이라 불리는 방식으로 현실적인 환경에서 그 거동을 평가할 수 있습니다. 예를 들어, 레이다 IC 아키텍처는 Euro NCAP®과 같은 산업 표준을 기반으로 현실적인 주행 시나리오에 대해 모델링하고 평가할 수 있습니다. 이러한 주행 시나리오는 도로 조건을 시뮬레이션하여 SNR(신호 대 잡음비) 및 THD(총 고조파 왜곡)와 같은 시스템 수준 지표를 조기에 검증할 수 있게 해줍니다.
이 방법론은 저수준 구현 세부사항보다는 데이터시트 수준의 성능 지표에 초점을 맞춤으로써 검증을 설계 초기 단계로 앞당깁니다. 엔지니어들은 고수준 모델을 사용해 현실적인 테스트 환경을 생성하고, 이를 통해 아키텍처 IC 모델을 검증함으로써 검증 기준이 최종 사용자의 요구사항과 일치하도록 할 수 있습니다. 이 접근 방식은 반복적인 개선도 지원하여, 엔지니어링 팀이 테스트벤치를 재설계하지 않고도 설계 변경에 신속하게 대응할 수 있게 합니다.
시뮬레이션된 주행 레이다 시나리오.
현실적인 시나리오를 아키텍처 검증에 통합함으로써 팀은 커버리지를 향상시키고 위험을 줄이며 반도체 시스템이 실제 환경에서 성능 기대치를 충족하도록 보장할 수 있습니다.
고수준 알고리즘을 효율적이면서 합성 가능한 RTL로 변환하는 과정은 디지털 설계에서 매우 중요한 단계입니다. 이 과정에서 엔지니어는 기능적 정확성을 보장하는 동시에 엄격한 PPA 제약 조건을 충족해야 합니다.
엔지니어는 HDL Coder™를 사용해 MATLAB 코드와 Simulink 모델을 자동으로 RTL(Verilog, SystemVerilog 또는 VHDL 언어) 또는 Cadence Stratus와 같은 고수준 합성 툴과 호환되는 합성 가능한 SystemC로 변환할 수 있습니다.
PPA 분석 워크플로.
예를 들어, MATLAB에서 개발된 암호화 알고리즘은 SystemC로 변환되고 Cadence Stratus를 사용해 RTL로 합성될 수 있습니다. 이 툴은 순차 및 조합 논리 면적, 레지스터 사용량, 클록 주파수, 지연 시간 및 전력 소비를 비롯한 상세한 PPA 리포트를 제공합니다.
이러한 신속한 피드백 루프를 통해 엔지니어들은 개발 초기 단계에서 설계 트레이드오프를 평가하고 구현을 최적화할 수 있습니다. 워크플로에는 생성된 테스트벤치와 인터페이스 래퍼를 사용한 기능 검증이 포함되어 하드웨어 배포 전에 정확성을 보장합니다.
알고리즘 설계, 코드 생성 및 PPA 분석을 통합함으로써, MATLAB은 고성능이면서 전력 효율적인 하드웨어 솔루션을 구현할 수 있도록 지원합니다. 이 접근 방식은 소프트웨어 모델링과 하드웨어 구현 간의 간극을 해소하여 혁신을 가속화하고 시장 출시 시간을 단축합니다.
MATLAB 및 Simulink는 아날로그 및 디지털 영역 전반에 걸친 반도체 설계 및 검증 워크플로를 통합하는 포괄적인 플랫폼을 제공합니다. 시스템 아키텍처의 조기 모델링, 현실적인 검증 환경, RTL 생성 및 EDA 워크플로와의 통합을 통해 엔지니어링 팀은 개발을 가속화하고 위험을 줄이며 고성능 시스템을 구현할 수 있습니다.
반도체 산업이 계속 발전함에 따라, 모델 기반 설계와 같은 종단간 접근 방식은 경쟁력을 유지하고 시장 요구에 민첩하게 대응하고자 하는 조직에게 점점 더 중요해지고 있습니다. 이러한 툴은 조기 아키텍처 탐색, 기존 모델의 재사용, 현실적인 시나리오 기반 검증을 가능하게 함으로써, 엔지니어링 팀이 개발 주기를 간소화하고 협업을 개선하며 반도체 시스템이 실제 환경에서 성능 기대치를 충족하도록 지원합니다.
