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定義
物理合成 を定義する前に、ロジック合成について定義しておくと役立つでしょう。その先駆者である シノプシスによって開拓された論理合成は、VerilogやVHDLなどの高水準言語で記述された回路の記述を入力として受け取ります。その他の入力には、設計のタイミング制約や、具体的なターゲット実装技術などが含まれます。その後、論理合成ソフトウェアはこれらの入力を解析し、プロセスへの入力としても提供されるセルライブラリから取得した、相互接続された特定の論理素子の集合にマッピングします。論理合成の目的には、生成される設計のタイミング、面積、および消費電力の最適化が含まれます。
長年にわたり、論理合成は集積回路（IC）を設計するための非常に効果的な手法でした。論理合成の出力は、その後、回路をシリコン上に物理的に実装するために必要な処理を行う配置配線ツールに渡されていました。しかし、先進プロセスノードでは、このプロセスは機能しなくなります。 配置・配線処理の後、配線に伴う物理的効果（信号遅延の増加や電圧降下 など）に加え、特定のデバイス間の近接による寄生効果により、「論理的」な回路と「物理的」な回路の挙動に差異が生じます。その結果、正常に動作する設計を実現するためには、論理合成と配置・配線ツールの間で何度も反復作業を行う必要があります。
物理合成 これらの実装上の影響を考慮に入れています。設計の初期段階におけるフロアプランと詳細な配線見積もりを組み合わせることで、前述の物理的な影響に関する早期のデータを得ることができます。その結果、物理合成 は、反復回数を大幅に削減できる収束性の高い設計フローを実現します。
物理合成 はどのように機能するのでしょうか？
物理合成 の全体的な目標は、設計プロセスの早い段階で実装段階における影響を十分に詳細に検討し、収束性のある設計フローを構築することにあります。これにより、初期の設計成果物が実装段階の要件に適合し、手戻りを最小限に抑えることができます。実装段階の影響を早い段階で検討するこの一般的なプロセスは、「シフトレフト」アプローチと呼ばれています。
物理合成 の設計フローでは、配置情報を得るために設計の初期段階でのフロアプランが作成され、このフロアプランに基づいて配線要件の概算も算出されます。最先端の設計フローでは、こうした初期段階においても、サインオフ品質のツールをそのまま使用しています。これは、フロー内のすべてのツールで共有される統一されたデータモデルによって実現されています。
これらの初期の推定値に基づき、論理合成の段階で、より正確な配線効果や配置に起因する寄生要素、および混雑を考慮に入れることで、物理実装が行われた際に、結果として得られる設計が最終要件により近くなるようにすることができます。
| アトリビュート | 論理合成 | 物理合成 |
| 入力データ | RTL（例：Verilog）、タイミング制約、ターゲット技術 | RTL、初期のレイアウト図、配線見積もり、サインオフ品質のツール |
| 物理的影響の検討 | 考慮されていない | 配線遅延、電圧降下 、寄生要素、配置の混雑 |
| 設計フローへの影響 | 配置配線ツールによる複数の反復処理が必要となる | 収束が早くなり、反復回数が減る |
| アプローチの種類 | フロントエンドからバックエンドへの順次処理 | シフト・レフト：後期段階への影響の早期モデリング |
| 結果の精度 | 物理的なフィードバックがないと精度が低下する | 最終要件に近づき、手直しが最小限で済む |
の重要性物理合成
最先端のテクノロジーノードにおいて、配線や配置が及ぼす物理的影響は甚大です。合成段階で、長い配線によって生じる遅延や電圧降下を考慮しなければ、チップの消費電力、性能、面積に関する要件を満たすことは極めて困難になります。その結果、フロントエンドとバックエンドの設計間で設計の反復が何度も行われることになり、設計プロジェクトのコストが増大し、設計完了までに要する時間が大幅に延びてしまいます。
メリット物理合成
物理合成 の主なメリットは、フロントエンドからバックエンド、そしてテープアウトへと設計が進むにつれて、手直しや修正の必要性を最小限に抑えた、予測可能で収束性の高い設計フローが実現できる点にあります。この収束性の高い設計フローにより、チップをより迅速に、かつより高い品質で市場に投入することが可能になります。 市場投入までの期間を短縮することは、早期の市場リードに起因する潜在的な市場シェアの拡大につながるため、あらゆる先進的な設計プロジェクトのライフタイム収益に多大なプラスの影響を与える可能性があります。また、製品品質の向上も同様のメリットをもたらします。
| メリット | 説明 |
| コンバージェント・デザイン・フロー | フロントエンドからバックエンドへと設計が進むにつれて、手戻りを最小限に抑えます |
| 市場投入までの期間の短縮 | 設計の反復回数を減らし、プロジェクトの完了を早めます |
| 製品品質の向上 | エラーの減少と、消費電力、性能、面積に関する目標との整合性の向上 |
| 収益向上の可能性 | 早期の市場参入は、市場シェアと収益性を高めることができる |
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