What is Logic Design?

요구사항 분석:

설계 과정은 대상 실리콘 칩이나 더 큰 칩의 하위 블록이 갖춰야 할 기능을 정의하는 것에서 시작됩니다. 이는 이진 가산기처럼 단순한 것부터 고성능 CPU, GPU, AI 신경망 칩처럼 복잡한 것까지 다양할 수 있습니다. 요구 사항은 입력, 출력, 성능, 전력 소비 및 기타 제약 조건의 관점에서 명시됩니다.

디지털 로직 설계 의 요구사항에는 설계에 적합한 최적의 아키텍처를 도출하기 위한 아키텍처 분석 및 탐색이 포함됩니다. 선택된 아키텍처는 설계의 핵심이므로 이는 매우 중요한 단계입니다. 최적의 아키텍처가 아닌 경우, 결과적으로 최적의 로직 설계 를 얻지 못하게 됩니다.

논리 합성:

(HDL로 작성된) 사람이 읽을 수 있는 고수준 하드웨어 설명을 실리콘(FPGA 또는 ASIC 등)에 구현하기에 적합한 게이트 레벨 표현으로 변환하는 자동화된 프로세스입니다. 이 프로세스는 면적, 속도, 전력 소비와 같은 설계 제약 조건을 고려하여, 논리 게이트와 모든 상호 연결, 그리고 “외부 세계”와의 연결을 포함하는 파일인 최적화된 넷리스트를 생성합니다. 논리 합성은 시스템 온 칩( 로직 설계)의 핵심 도구로, 원하는 기능을 설명하기 위해 고수준 언어를 지정함으로써 대규모 설계의 생성을 자동화할 수 있게 해줍니다. 논리 합성의 주요 단계는 다음과 같습니다:

• 설계 입력: 설계자는일반적으로 RTL 수준에서 HDL을 사용하여 원하는 기능을 명시합니다.
• 자세히: 이 도구는 HDL을 읽어들이고, 설계 계층 구조를 해석하고 확장합니다.
• 최적화:합성된 로직 설계 는 로직 설계 엔지니어가 지정한 제약 조건에 따라 성능, 면적 또는 전력 측면에서 최적화됩니다.
• 기술 매핑:실리콘 칩을 제조할 파운드리 업체를 기준으로, 설계를대상 라이브러리에 포함된 사용 가능한 게이트 유형이나 셀에 매핑합니다.
• 넷리스트 생성:최종 결과물은논리 게이트 수준의 넷리스트, 즉 구성 요소와 연결 관계를 상세히 나열한 목록입니다. 

시뮬레이션 및 검증:

물리적 구현에 앞서, 논리 설계는 넷리스트를 읽어들이고 처리하는 전용 소프트웨어 도구를 사용하여 시뮬레이션됩니다. 시뮬레이션을 통해 엔지니어들은 실리콘으로 설계를 구현하거나 물리 설계 를 거치지 않고도 올바른 작동(원하는 기능)을 검증하고, 다양한 입력 시나리오를 테스트하며, 잠재적인 문제를 파악할 수 있습니다. 시뮬레이션의 종류로는 기능 시뮬레이션과 타이밍 검증 등이 있습니다.

주요 이점은 다음과 같습니다:

• 신뢰성과 정밀도: 논리합성 소프트웨어는 출력 로직 설계 이 아무리 방대하더라도 항상 RTL 사양을 정확히 구현하도록 보장하여 인적 오류를 제거합니다. 검증 소프트웨어는 RTL 사양과 출력 게이트 레벨 넷리스트를 비교함으로써 출력 설계의 논리적 정확성을 확인할 수 있습니다.
• 확장성 및 모듈성:간단한 논리 블록을 결합하여 복잡한시스템을 구축할 수 있습니다. 이러한 모듈성 덕분에 설계, 테스트 및 유지보수가 간소화되어 새로운 기능을 신속하게 개발하고 통합할 수 있습니다. 검증되고 신뢰성이 입증된 RTL 블록(예: 가산기, 비교기, ALU 등)은 다른 새로운 설계의 일부로 재사용될 수 있습니다.
• 속도와 효율성: 논리합성 소프트웨어는 수천 개에서 수백만 개에 이르는 상호 연결된 논리 게이트를 생성하여, 수작업 없이도 디지털 칩 설계를 빠르고 효율적으로 완성할 수 있습니다. 설계 엔지니어는 타이밍, 전력, 면적 등의 제약 조건을 합성 도구에 지정함으로써, 소프트웨어가 최적의 출력 넷리스트를 생성하도록 안내할 수 있습니다.
• 프로그래밍 가능성과 유연성:HDL을 사용하면 고수준 언어를 통해 디지털 회로( 로직 설계 )를 정의할 수 있으므로, 논리 설계자가 변경을 가하거나 논리를 추가·삭제하는 등의 작업을 매우 간편하게 수행하고 신속하게 재합성할 수 있습니다. HDL 덕분에 디지털 회로( 로직 설계 )는 높은 수준의 프로그래밍 가능성과 유연성을 갖추게 됩니다.

시뮬레이션 및 검증:

물리적 구현에 앞서, 논리 설계는 넷리스트를 읽어들이고 처리하는 전용 소프트웨어 도구를 사용하여 시뮬레이션됩니다. 시뮬레이션을 통해 엔지니어들은 실리콘으로 설계를 구현하거나 물리 설계 를 거치지 않고도 올바른 작동(원하는 기능)을 검증하고, 다양한 입력 시나리오를 테스트하며, 잠재적인 문제를 파악할 수 있습니다. 시뮬레이션의 종류로는 기능 시뮬레이션과 타이밍 검증 등이 있습니다.