반도체 개발을 위한 MATLAB 및 Simulink

MATLAB® 및 Simulink®는 엔지니어들이 다양한 모델링 접근 방식과 추상화 수준의 조합을 통해 협업 방식으로 멀티도메인 시스템을 기술, 분석, 시뮬레이션 및 검증할 수 있도록 하여 반도체 소자의 설계 공간 탐색 및 하향식 설계를 촉진합니다. 도메인의 예로는 아날로그, 디지털, RF, 소프트웨어, 열 등이 있으며, 트랜지스터 수준부터 알고리즘 수준까지의 다양한 추상화가 가능합니다.

MATLAB 및 Simulink에서 정의한 시스템 모델, 검증 환경 및 테스트 케이스는 EDA 툴에서 통합 시뮬레이션, 모델, 테스트 벤치, 테스트 벡터 내보내기, C 및 HDL 코드 생성 등 다양한 용도로 재사용할 수 있습니다. 이러한 경로를 통해 시스템 설계, 검증 및 구현 워크플로를 통합하여 엔지니어의 설계 반복과 프로젝트 일정 지연의 위험을 줄이고, 사양 및 설계 변경의 지속적 통합을 실현할 수 있습니다.

"MathWorks 툴을 사용해 우리는 최상의 알고리즘을 선택할 수 있었습니다. 우리의 회로 시뮬레이터보다 모델이 훨씬 빠르게 실행되었기 때문에 구현 오류를 더 빠르게 잡아내고 출시 시간을 단축할 수 있었습니다."

Cory Voisine, Allegro MicroSystems

MATLAB 및 Simulink를 활용한 반도체 개발

디지털 설계

무선, 비전 및 신호 처리 알고리즘과 방대한 수학 및 삼각법 함수, 복잡한 상태 제어 로직을 사용하여 디지털 시스템을 모델링 및 시뮬레이션할 수 있습니다. 정확도와 시뮬레이션 속도 사이에서 적절한 균형을 찾는 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 가져와 지속적 통합이 가능합니다.

SoC(단일 칩 시스템) 아키텍처는 물론 작업 실행과 OS 효과까지 고려하는 MATLAB 및 Simulink를 사용하여 SoC 하드웨어/소프트웨어의 공동 설계 및 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 제품 개발 공정의 극초반에 소프트웨어 성능 및 하드웨어 사용량에 대한 고충실도 분석이 가능합니다.


아날로그 및 혼합 신호 설계

델타-시그마 변조기를 갖는 실수형-N PLL

VCO에 대한 위상 잡음 프로파일

VCO에 대한 위상 잡음 프로파일

아날로그 및 혼합 신호 설계

MATLAB 및 Simulink로 아날로그, 디지털, 소프트웨어 및 RF 구성요소를 결합하고 시뮬레이션하면 다양한 설계 대안을 더 빠르게 평가하여 시스템 성능을 최적화할 수 있습니다. 

MathWorks® 참조 모델 및 라이브러리로 시작하여 ADC, PLL, 전력 변환기, SerDes와 같은 아날로그 혼합 신호 구성요소를 설계 및 분석할 수 있습니다. 아키텍처의 장단점을 시스템 레벨에서 살펴보고, 물리적 손상(위상 잡음, 지터, 비선형성, 누설, 타이밍 오류 등)의 영향을 평가하고, 다양한 조건과 시나리오에서 회로 동작을 검증할 수 있습니다. 

Cadence® Virtuoso® AMS Designer and Cadence® PSpice®와 같은 IC 및 PCB 설계 환경에서 MATLAB 및 Simulink의 모델과 테스트 벤치를 재사용할 수 있습니다. 구현 공정의 속도를 향상시키고 시스템 공학과 ASIC 설계 간의 격차를 좁힐 수 있습니다.


RF IC 및 시스템 설계

S-파라미터, 데이터 시트 사양 또는 물리적 속성과 같은 측정 데이터를 사용하여 RF 시스템을 설계, 분석 및 시뮬레이션할 수 있습니다. RFIC 트랜시버 모델을 구축하고 여기에 디지털 신호 처리 알고리즘 및 제어 로직을 통합하여 AGC(자동 이득 제어), DPD(디지털 전치왜곡), 조정 가능 매칭 네트워크와 같은 적응형 아키텍처를 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다. RF 프론트엔드를 안테나 배열과 통합하여 근거리 및 원거리 결합을 고려한 빔포밍 아키텍처를 모델링할 수 있습니다.

MATLAB 및 Simulink를 사용하면 RF 시스템을 다양한 추상화 수준으로 모델링할 수 있습니다. 회로 포락선 시뮬레이션을 통해 임의 토폴로지 네트워크의 다중 반송파 시뮬레이션을 신뢰성 있게 수행할 수 있습니다. 하모닉 밸런스 분석으로는 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 다단 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 생성 및 재사용하여 설계, 프로토타입 및 구현이 RF 표준을 준수하는지 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. BMS 개발에 단일 셀 등가 회로 형성 및 파라미터화, 전자 회로 설계, 제어 로직, 자동 코드 생성, 확인 및 검증을 비롯한 Simulink의 모델링 및 시뮬레이션 기능을 사용할 수 있습니다.

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


검증

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. 커버리지 측정요구사항 추적성 툴을 통해 검증 결과를 수량화할 수 있습니다.

시스템 모델, 검증 환경 및 테스트 케이스를 SystemVerilog DPI-C 또는 UVM 구성요소로 내보내고, 이를 EDA 시뮬레이션에서 드라이버, 검사기 또는 참조 모델로 재사용할 수 있습니다. 통합 시뮬레이션을 사용하여 MATLAB 및 Simulink 모델을 HDL 또는 SPICE 표현과 비교할 수도 있습니다.

검증

RTL 구현

RTL 구현

이제 코딩 대신 알고리즘 하드웨어 아키텍처를 최적화하는 데 집중할 수 있습니다. 디지털 시스템 모델을 점진적으로 개량 및 검증하고 이를 RTL 코드로 변환할 수 있습니다. 알고리즘의 하드웨어 아키텍처 기능을 검증한 후에 자동 코드 생성을 통해 설계 의도를 올바르게 구현할 수 있습니다. 이 워크플로를 사용하면 수동 코딩에 비해 다양한 아키텍처 옵션을 더 빠르게 살펴볼 수 있을 뿐 아니라 전체 공정이 빨라져 변경에 빠르게 대응할 수 있게 됩니다.


반도체 제조

수율은 전체 반도체 작업에서 가장 중요한 요소입니다. MATLAB 및 Simulink를 도입하면 딥러닝, 예측 정비, 영상 처리와 같은 기술을 사용하는 시스템을 개발, 통합 및 배포할 수 있습니다. 이러한 시스템으로 반도체 공정 제어를 개선하고, 고장 감지 기능을 갖춘 포토리소그래피 시스템을 적용하여 정비 오버헤드를 최소화하고, 기계의 잔여 수명을 추정하여 장비의 안정성을 개선함으로써 생산 수율을 높일 수 있습니다.


반도체 테스트

반도체 테스트

MATLAB을 사용하여 반도체에 대한 벤치 테스트를 수행할 수 있습니다. MATLAB을 통해 계측기 드라이버나 텍스트 기반 명령을 사용하여 테스트 장비와 직접 통신할 수 있습니다. MATLAB에서 생성된 파형을 계측 장비로 전송하여 DUT(Design Under Test)의 여기 파형(stimulus)으로 사용할 수 있습니다. 또는 DUT에서 얻은 측정 데이터를 계측 장비로 포착한 다음 MATLAB으로 보내 후처리, 분석 및 시각화에 사용할 수도 있습니다. 또한 테스트를 자동화하고, 하드웨어 설계를 검증하고, LXI/PXI/AXIe 표준 기반의 테스트 시스템을 구축할 수 있습니다.