‘12년 CAE협회

Electrical CAE 기술동향- Electronic Design Automation

이윤식박사/전자부품연구원

CAE Conference 2012

대전컨벤션센터 2012. 11. 23

‘12년 CAE협회

0. 목 차

‘12년 CAE협회

q CAE: 컴퓨터를 이용한 해석, 분석등의 과정을 의미Ø 제품 설계, 개발분야에 컴퓨터를 응용하는 기술로써, 컴퓨터를 이용한 모의실

험을 통해 테스트 기간 및 비용을 대폭 감소하는 기술

Ø CAE 구조분석 30%, 유체흐름분석 20%, 동적분석 16%, 열역학분석 16%

1. CAE란?

구조분석

유체흐름분석

동적분석

열역학분석

제조산업 전분야- 제품 설계- 제품 개발

선행기술, 양산지원- 관리나 지식의 재사용

CAE

‘12년 CAE협회

1. EDA란?

q EDA: class of SW for designing and producing electronic systems like computer chipsØ EDA는 반도체의 설계/검증에 필수적으로 사용되며, 나노공정의 발전으로 활용도가 급증

Ø 반도체 설계 방법이 계층구조로 구성되어, 이에 연관되는 계층적 수준의 SW로 구성

Gate-LevelSim. & Ver.

Floorplanning

Chip RequirementDev. & Review

Design Entry

Logic & TestSynthesis

Pre-layout StaticTiming AnalysisTiming-Driven

Placement

Routing

Manufacturing

Testing

Auto-Test PatternGeneration

Post-Layout StaticTiming Analysis

RTLSimulation & Verification

시스템수준설계

前반부설계

後반부설계

제조, 공정

아이디어

Specification

설계환경(라이브러리,)

과거 설계,IP

반도체 설계 분야- 제품 설계- 제품 개발

EDA, 설계방법

‘12년 CAE협회

q CAE와 EDA의 시장규모는 총 80억불선Ø ’08년 기준 CAE는 미화 20억불/4.9%성장, EDA는 미화 60억불/8.7% 성장세

Ø CAE기업은 ANSYS사, MSC Software, Dassault Systems,Siemens PLM 등Ø EDA기업은 Synopsys社, Cadence社, Mentor社 등

1. CAE vs EDA

‘12년 CAE협회

2. EDA구성

Source: EDA CONSORTIUM

q EDA의 구성은 Service, 前반부 설계, 後반부 설계, PCB, 반도체IP등을 포함Ø EDA의 CAE는 설계방법론의 전반부 설계(합성, 검증, 분석)용 SW 지칭

Ø IC Physical은 후반부 설계용 SW 지칭(레이아웃설계, 검증, 추출, OPC등)

‘12년 CAE협회

3. EDA의 필요성

Intel 4004 (1971)

2,300Trs

10 um

800KHz

8086(1978)

29K

3 um

10MHz

80386(1985)

275K

1.5 um

16MHz

Pentium(1993)

3.1M

0.8 um

66MHz

Pentium4(2000)

42M

0.18um

1.5GHz

Intel i7(2011)

731M

45 nm

3.5GHz

q EDA는 반도체 설계 복잡성, 공정 기술개발의 발전으로 말미암아 기술적/시장이 급성장Ø 무어의 법칙, 나노공정 기술의 개발로 필요성이 급증

Ø PC->DC의 패러다임변화는 매우 급격한 반도체 기술개발/Time-To-Market을위한 방안으로 설계방법/EDA의 획기적 필요성 대두

‘12년 CAE협회

197929,000

Transistors8088

1982134,000

Transistors286

1985275,000

Transistors386

19891,290,000Transistors

486

19933.1M+

TransistorsPentium

19955.5M+

TransistorsPentium Pro

19977.5m+

TransistorsPentium II

19999.5M+

TransistorsPentium III

200042M

TransistorsPentium 4

2004592M

TransistorsItanium 2 (9MB cache)

20051.72B

TransistorsDual Core Itanium

2002220M

TransistorsItanium 2

20082Billion transistorsTukwila Quad Core

20112.27B Trs, i7-3960X

Source: Intel社 홈페이지와 Mentor Graphics

3. EDA의 필요성 - Complexity

‘12년 CAE협회

q 반도체기술의 급속한 발전은 설계생산성, TTM을 심화Ø Time-To-Market(시장적기출시)은 관련 기업의 핵심 MissionØ 설계생산성은 공정기술개발 대비 설계력이 차이에서 점점 심화됨.

26.9%

47.4%

67.6%

90.8%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

3 months 6 months 9 months 12 months

시장 진입 시기에 따른 매출 손실율

Source : IBS, 2007

Time-To-Market

2003

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2005

2007

2009

Logic Tr./Chip

Tr./Staff Month.

xxx

xxx

x

21%/Yr. compoundProductivity growth rate

x

58%/Yr. compounded

Complexity growth rate

10,000

1,000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

Logic Transistor per Chip

(M)

0.01

0.1

1

10

100

1,000

10,000

100,000

Productivity

(K) Trans./Staff -Mo.

Complexity

Design Productivity Gap

180 nm 130 nm 90 nm 65 nm 45 nm 32 nmYield Ramp-Up $5.0 $6.0 $9.0 $10.0 $12.0 $13.0Mask Cost $0.1 $0.1 $1.0 $3.0 $9.0 $12.0Design Cost $5.0 $10.0 $14.0 $21.0 $40.0 $75.0

$5.0 $10.0 $14.0 $21.0 $40.0

$75.0

$0.1 $0.1 $1.0

$3.0

$9.0

$12.0

$5.0$6.0

$9.0$10.0

$12.0

$13.0

$0.0

$20.0

$40.0

$60.0

$80.0

$100.0 300mm Fab Cost:

45n US3B$/ 32n US10B$칩 제작비용

3. EDA의 필요성 - 환경

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Peak Production 1975-1980 1985-1990 1990-1995 1995-2000 2000-2005 2005-2010 2010-2020 MPU Speed 8MHz-10MHz 15MHz-30MHz 50MHz-100MHz 100MHz-30MHz 300MHz-800MHz 1GHz-4GHz

10GHz-100GHzDRAM 1Kb-8Kb 64Kb-256Kb 256Kb-1Mb 1Mb-16Mb 64Mb-256Mb 1Gb-64Gb 256GLogic/Gates 100-500 gates 1,000-2,000 5,000-100,00010,000-300,000 500,000-1million ASSP/SOC

LOC/NOCProcess 5.0㎛ to 3.0㎛ 3.0㎛ to 1.0㎛ 1.0㎛ to 0.8㎛ 0.8㎛ to 0.35㎛ 0.35㎛ to 0.18㎛ 0.13㎛ to 0.10㎛ 0.08㎛

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

20

01

20

03

20

05

20

07

20

09

20

11Semiconductor Revenue

(USD Billion) Renewable Energy• Solar Cell

Bio-Health/Robot• Bio MEMS• Healthcare Chip• Sensor

Automobile• Power IC• Sensor

Digital Consumer• Camera IC, LDI• HDD, Flash Memory

Mobile• Modem• RF

Personal Computer• CPU• Memory

Digital Watch

RadioTransceiver

VCRs

Military/Aerospace

Mainframe

지난 50년간의 연평균성장율 13%

4. EDA의 발전 - 1

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4. EDA 발전 - 2

q EDA 시장의 발전은 반도체 시장의 발전과 유사하게 발전Ø EDA시장은 Synopsys社, Cadence社, Mentor社, Magma社(Synopsys사에 합병), 臺灣

Springsoft社(Synopsys사 합병)등이 주요 기업

Ø 모든 기업이 美國 기업으로써, 국내 시장 규모는 미화2.5억불수준(2012년도)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

미

화M

$

Others Magma사 Synopsys사 Mentor사 Cadence사

SchematicEditor

P&R

Schematic CaptureTiming Simulation,DRC/LVS

RTL SimulationLogic SynthesisBack Annotation(iteration, 前後 설계)

2000년초/130n공정Logic, Power SynthesisFloorplan 확대SoC 출현, IP/Platform DM

VDSM(0.5mm) MethodologySynthesis

SoC의 출현

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GDSII, SPICE Net-list HDLSystemC

Standard On-chip BusesTransaction level Model

New Abstraction Levels è New Design Languages

5. EDA의 기술 발전

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5. EDA의 기술 발전 - 1

Signal Integrity

Timing Closure!

Power !

Clocks

Power !!!

Power !!!

250nm

180nm

130nm

90nm

65nm

16/14nm

45/40nm

32/28nm22/20nm

250nm

180nm

130nm

90nm

65nm

16/14nm

45/40nm

32/28nm22/20nm

PowerVerification

Verification!Yield !

Power !!Verification

!!

Verification !!!Software

YieldVerification !!!

Software !!Variability

Yield !Reliability

Power !!!Verification !!!Software !!!Variability

Yield !!Reliability !

Cost

Image Source: EETimes - Teardown SlideshowInside the third-generation iPad, March 2012.

q 기술발전이 복잡도를 기하급수적으로 증가 시킴Ø EDA기술은 Timing문제 -> 간섭 -> 전력소모 -> 수율 및 신뢰성 확보의 기술 제공

Ø 90년대 중반의 0.5mm 공정은 VDSM 기술이 적용(배선지연이 게이트 지연보다 큼)

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Technology

Frequency

Metal Layer

Transistors

1982 1992 2002

3um 0.5um 0.13um

20MHz 80MHz 500MHz

1 layer 2 layers 8 layers

50K 500K 5M

2012

220nm

3.70GHz

20 layers

2.27B

q 반도체기술의 급속한 발전은 설계생산성, TTM을 심화Ø EDA기술은 Timing문제 -> 간섭 -> 전력소모 -> 수율 및 신뢰성 확보의 기술 제공

Ø 90년대 중반의 0.5mm 공정은 VDSM 기술이 적용(배선지연이 게이트 지연보다 큼)

5. EDA의 기술 발전 - 2

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6. EDA 최근 동향

q PC->DC의 패러다임 변화와 그린기술의 요구는 SoC의 출현과 연관기술 필요Ø ’00년초에 휴대기기의 출현은 고성능외에 저전력 기술이 필요

Ø SoC는 SW기술을 포함하여 시스템으로 구현

0

20

40

60

80

100

120

'98 '99 '00 '01 '02 '03

[M units]

PC

DC0

50

100

1 2 3 4 5 6

100

50

0'98 '00 '02

(%)

PC

DC

Market Structure Shift-Personal/Internet/Terminal

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1991

'93

'95

'97

'99

2001

'03

'05

'07

'09

'11

LSI Market Size（B$）

SoC Market Size

World Wide Semiconductor Market Size

SOC Era has come.

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6. EDA 최근 동향 – SoC 예제

Logic Cell Library

From Memory Compiler

Analog IP BlockIO Cells : Custom Design

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6. EDA 최근 동향

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6. EDA 최근 동향 - 시스템기반설계

q Schematic기반-> 언어기반-> 시스템기반 설계로 변경Ø 회로도->Verilog, VHDL에서 시스템레벨의 SystemC, SystemVerilog로

Ø 연동된 Verification기술도 Abstraction 레벨과 연동되어 성능향상

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6. EDA 최근 동향 – 반도체IP 기반설계

q 반도체IP는 “정형화된 반도체 회로도면”으로써, 반도체 칩의 기능을담당Ø 반도체IP는 칩에서 블록으로 장착되어 기능을 수행

Ø 반도체IP의 명세, 회로블록을 이용하여 지적재산권으로 등록, 비즈니스화

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q 신속한 파생제품에 대한 요구와 TTM, DFM은 기본 플랫폼의 구성으로 대응Ø 기본 플랫폼은 정형화된 회로블록인 반도체IP를 기본 요소로 활용하여 설계하고, 신

속한 파생제품은 반도체IP 기반설계로 대응

Ø 반도체IP의 확보 및 활용 기술로 차별화된 상용 제품의 신속 출시가 가능

6. EDA 최근 동향 – 플랫폼기반 설계

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7. 결론

q 반도체 비즈니스 방법에 대한 방안 모색Ø 칩 제작비의 고비용은 팹리스기업의 칩리스화

Ø 가치사슬구조에 따른 사업 방안의 모색 필요

Ø 대기업-중견/중소기업 모델

Ø 세트기업, 부품기업의 역할 인식/분담

q 반도체 임베디드SW 에 대응 급선무Ø 반도체 설계에서 SW의 비중이 급증

Ø 2000년 후반에는 SW비중이 HW비중보다 큼

Ø Embedded Software Automation(ESA) 방안

출현

SW vs HW 비용 비율

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