MATLAB 및 Simulink를 사용한 반도체 개발

엔지니어는 MATLAB 및 Simulink로 반도체 소자의 설계 공간 탐색 및 하향식 설계를 촉진하여 모델링 접근법과 추상화 수준의 조합을 통해 협업하여 다중영역 시스템을 기술, 분석, 시뮬레이션, 검증할 수 있습니다. 아날로그, 디지털, RF, 소프트웨어, 열 등의 영역의 예가 있고, 추상화는 트랜지스터 수준부터 알고리즘 수준까지 다양합니다.

MATLAB 및 Simulink에서 정의한 시스템 모델, 검증 환경, 테스트 케이스는 연동 시뮬레이션, 모델, 테스트 벤치, 테스트 벡터 내보내기, C 및 HDL 코드 생성 등 다양한 방식으로 EDA 툴에서 재사용할 수 있습니다. 이러한 경로들을 통해 시스템 설계, 검증, 구현 워크플로를 통합하여 엔지니어는 설계 반복을 줄이고 프로젝트 일정 지연 위험을 줄일 수 있으며 사양과 설계 변경의 지속적 통합을 실현할 수 있습니다.

"우리는 MathWorks 툴을 사용하여 최고의 알고리즘을 찾았습니다. 우리의 회로 시뮬레이터에 비해 훨씬 빨리 모델이 실행되었기 때문에 구현 오류를 훨씬 빠르게 잡아내고 출시 시간을 단축할 수 있었습니다."

Cory Voisine, Allegro MicroSystems

디지털 설계

무선, 비전 및 신호 처리 알고리즘과 방대한 수학 및 삼각 함수, 복잡한 상태 제어 논리를 사용하여 디지털 시스템을 모델링 및 시뮬레이션할 수 있습니다. 정확도와 시뮬레이션 속도를 적절히 절충한 추상화 수준을 사용하여 모델을 구축할 수 있습니다. 이런 신속한 설계 공간 탐색을 통해 가장 적절한 시스템 아키텍처 및 양자화를 선택할 수 있습니다. 기존의 Verilog®, VHDL® 및 C/C++ 모델을 가져와서 지속적 통합을 실현할 수 있습니다.

작업 실행 및 OS 효과뿐만 아니라 SoC(단일 칩 시스템) 아키텍처도 고려하는 MATLAB 및 Simulink를 사용하면 SoC 하드웨어/소프트웨어 연동 설계 및 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 이렇게 하면 제품 개발 과정 초반부터 소프트웨어 성능과 하드웨어 사용량에 대한 고충실도 분석이 가능합니다.


아날로그 및 혼합 신호 설계

델타-시그마 변조기가 있는 실수형-N PLL

VCD의 위상 잡음 프로파일.

VCD의 위상 잡음 프로파일.

아날로그 및 혼합 신호 설계

MATLAB 및 Simulink로 아날로그, 디지털, 소프트웨어, RF 컴포넌트를 조합하고 시뮬레이션하여 다양한 설계 대안의 평가 및 시스템 성능 최적화의 속도를 개선할 수 있습니다.

MathWorks® 참조 모델과 라이브러리에서 시작하여 ADC, PLL, 전력 컨버터, SerDes 등 아날로그 혼합 신호 성분을 설계하고 분석할 수 있습니다. 시스템 수준에서 아키텍처의 장단점을 살펴보고, 물리적 손상(위상 잡음, 지터, 비선형성, 누설, 타이밍 오류)가 미치는 효과를 평가하고, 다양한 조건과 시나리오에서 회로의 거동을 검증할 수 있습니다.

Cadence® Virtuoso® AMS Designer 및 Cadence® PSpice® 같은 IC 및 PCB 설계 환경에서 MATLAB 및 Simulink 모델과 테스트 벤치를 재사용할 수 있습니다. 구현 과정의 속도를 향상하고 시스템 공학과 ASIC 설계 간의 격차를 해소할 수 있습니다.


RF IC 및 시스템 설계

S-파라미터, 데이터시트 사양 또는 물리적 속성과 같은 측정 데이터를 사용하여 RF 시스템을 설계, 분석, 시뮬레이션할 수 있습니다. RFIC 트랜시버 모델을 구축하고 디지털 신호 처리 알고리즘 및 제어 논리에 통합하여 AGC(자동 이득 제어), DPD(디지털 전치왜곡), 조정 가능 정합 회로 같은 적응형 아키텍처를 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다. RF 프론트엔드를 안테나 배열과 통합하여 근거리장 및 원거리장 결합을 반영한 빔포밍 아키텍처를 모델링할 수 있습니다.

MATLAB 및 Simulink를 사용하면 다양한 추상화 수준에서 RF 시스템을 모델링할 수 있습니다. 회로 포락선 시뮬레이션을 통해 임의 토폴로지를 가진 네트워크에 대한 고충실도 다중 반송파 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 조화 균형 분석으로 비선형성이 이득, 2차 교차점, 3차 교차점(IP2 및 IP3)에 미치는 영향을 계산할 수 있습니다. Equivalent Baseband 라이브러리를 통해 신속한 이산시간 시뮬레이션을 수행하여 단일 반송파 캐스케이드 RF 시스템의 성능을 검증할 수 있습니다.

MATLAB은 다양한 통신 시스템의 모델링, 시뮬레이션 및 검증을 위한 LTE, 5G, WLAN, Bluetooth 표준 준수 함수, 앱 및 참조 예제도 제공합니다. 종단간 통신 링크를 구성, 시뮬레이션, 측정 및 분석할 수 있습니다. 적합성 테스트 벤치를 생성하고 재사용하여 설계, 프로토타입 및 구현물의 RF 표준 준수 여부를 검증할 수도 있습니다.

RF IC 및 시스템 설계

배터리 관리

배터리 관리 시스템

BMS(배터리 관리 시스템)는 다양한 충전-방전 및 환경 조건에서 안전한 작동, 성능 및 배터리 수명을 책임지는 시스템입니다. Simulink의 모델링 및 시뮬레이션 기능을 단일 셀 등가 회로 형성 및 파라미터화, 전자 회로 설계, 제어 논리, 자동 코드 생성, 확인 및 검증을 비롯한 BMS 개발에 사용할 수 있습니다.

또한 시스템 또는 마이크로컨트롤러의 신속 프로토타이핑을 위해 Simulink 모델로부터 C 코드나 HDL을 생성할 수 있습니다. 이를 통해 HIL(hardware-in-the-loop) 테스트를 위한 실시간 시뮬레이션을 수행하여 하드웨어 구현에 앞서 알고리즘을 검증할 수 있습니다.


검증

ASIC 검증 환경, 테스트 케이스 및 정형 속성을 정의하여 체계적인 방식으로 MATLAB 및 Simulink 모델을 검증할 수 있습니다. 회귀 툴정형 엔진이 제공되므로 설계 흐름 초반에 버그를 찾아낼 수 있습니다. 검증 결과를 정량화하기 위해 커버리지 측정요구사항 추적성 툴이 제공됩니다.

MATLAB 또는 Simulink에서 시스템 모델, 검증 환경 및 테스트 케이스를 SystemVerilog DPI-C 또는 UVM 구성요소로 내보내고, Cadence® Xcelium, Siemens® Questa 또는 Synopsys® VCS 등의 HDL 시뮬레이터를 사용하여 드라이버, 검사기 또는 참조로 재사용할 수 있습니다. HDL 연동 시뮬레이션을 이용하여 MATLAB 및 Simulink 모델을 Verilog 또는 VHDL 표현과 비교할 수도 있습니다.


RTL 구현

RTL 구현

디지털 시스템의 모델을 점진적으로 정교화 및 검증하고, RTL 코드로 변환함으로써 코딩 대신에 알고리즘의 하드웨어 아키텍처 최적화에 집중할 수 있습니다. 알고리즘의 하드웨어 아키텍처의 기능을 검증한 후에 자동 코드 생성을 통해 설계 의도를 정확하게 구현할 수 있습니다. 수작업 코딩과 비교하면 이러한 워크플로를 통해 다양한 아키텍처 옵션을 빠르게 살펴볼 수 있을 뿐만 아니라 전체적인 공정이 더욱 민첩해지며 변경에 빠르게 대응할 수 있습니다.


반도체 제조

수율은 전체적인 반도체 공정에서 가장 중요한 요소입니다. MATLAB 및 Simulink를 통해 딥러닝, 예측 정비, 영상 처리와 같은 기술을 사용하는 시스템을 개발, 통합 및 배포할 수 있습니다. 이런 시스템을 통해 반도체 공정관리를 개선하고, 결함 검출 기능을 갖춘 포토공정 시스템을 배포하여 정비 비용을 최소화하며, 기계의 잔여 수명을 추정하여 장비의 신뢰도를 개선함으로써 생산 수율을 높일 수 있습니다.


반도체 테스트

반도체 테스트

MATLAB을 사용하여 반도체의 벤치 테스트를 수행할 수 있습니다. MATLAB을 통해 계측기 드라이버나 텍스트 기반 명령을 사용하여 테스트 장비와 직접 통신할 수 있습니다. MATLAB에서 생성된 파형을 DUT(Design Under Test)에 대한 입력으로써 계측기로 전송할 수 있습니다. 또는 DUT에서 얻은 측정 데이터를 계측기로 포착한 다음 MATLAB으로 보내 후처리, 분석 및 시각화에 사용할 수도 있습니다. 또한 테스트를 자동화하고 하드웨어 설계를 검증하며 LXI/PXI/AXIe 표준 기반의 테스트 시스템을 구축할 수도 있습니다.