실리콘 칩 설계에서 PPA(전력, 성능, 면적)란 무엇인가?

성능

성능은 실리콘 칩 설계에서 핵심적인 고려 사항입니다. 칩이 의도된 작업을 얼마나 효율적이고 빠르게 수행할 수 있는지를 결정하기 때문입니다. 성능이 중요한 이유는 다음과 같습니다.

• 속도와 반응성: 
  • 고성능 칩은 데이터를 더 빠르게 처리하여, 기기가 사용자의 입력에 신속하게 반응하고 복잡한 애플리케이션을 원활하게 실행할 수 있게 해줍니다. 
  • 이는 사용자 경험과 작업 완료 시간이 중요한 스마트폰, 컴퓨터, 게임 콘솔, 서버와 같은 애플리케이션에 있어 매우 중요합니다. 
• 경쟁 우위: 
  • 성능이 뛰어난 제품은 시장에서 두각을 나타내며, 속도, 멀티태스킹, 고급 기능을 중요하게 여기는 고객들의 관심을 끌고 있습니다. 
  • 성능 개선은 종종 새로운 기능을 가능하게 하고 최신 소프트웨어 표준을 지원합니다. 
• 고사양 애플리케이션 지원:
  • AI, 기계 학습, 그래픽 처리, 과학 계산과 같은 특정 분야에서는 방대한 양의 데이터와 복잡한 계산을 신속하게 처리할 수 있는 칩이 필요합니다. 
  • 이러한 사용 사례에서는 고성능 칩이 필수적입니다. 
• 시스템 효율:
  • 효율적인 성능을 통해 동일한 결과를 얻기 위해 필요한 칩의 수를 줄일 수 있으며, 이로 인해 시스템의 복잡성, 공간 및 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 
• 확장성:
  • 고성능 칩을 통해 시스템은 하드웨어를 완전히 재설계할 필요 없이 더 많은 사용자, 더 큰 워크로드 또는 더 진보된 애플리케이션을 지원할 수 있도록 확장할 수 있습니다. 
• 미래 대비: 
  • 고성능을 위해 설계된 칩은 향후 소프트웨어 업데이트, 새로운 기능, 그리고 변화하는 사용자 요구 사항을 더 잘 처리할 수 있어 기기의 사용 수명을 연장해 줍니다.

지역

‘면적’은 실리콘 설계가 차지하는 공간, 즉 칩의 ‘실제 면적’을 나타냅니다(일반적으로 제곱밀리미터 단위로 측정됨). 주어진 칩 설계 요구사항에 대해, 서로 다른 면적을 차지하는 다양한 설계 변형이 존재할 수 있습니다. 이는 설계 과정에서 이루어지는 상충 관계 때문입니다. 예를 들어, 설계에 논리 게이트를 더 추가하면 성능은 향상될 수 있지만, 더 많은 칩 면적이 필요할 뿐만 아니라 전력 소비도 증가합니다. 면적이 중요한 이유는 다음과 같습니다:

• 비용 효율성:
  • 제조 비용:칩의 면적에 따라단일 실리콘 웨이퍼에서 생산할 수 있는 칩(또는 다이)의 수가 결정됩니다. 칩이 작을수록 웨이퍼당 생산 수량이 늘어나므로 칩당 비용이 낮아집니다.
  • 수율: 칩의 크기가 클수록제조 결함이 발생할 가능성이 높아져 전체 수율이 낮아질 수 있습니다. 일반적으로 칩의 크기가 작을수록 수율이 높아지므로 생산 비용 효율성이 높아집니다.
• 장치 크기 및 통합:
  • 소형 기기:칩 면적이 작아짐에 따라스마트폰, 웨어러블 기기, IoT 센서 등 더 얇고, 가볍고, 더 소형화된 전자 기기를 설계할 수 있습니다.
  • 시스템 통합:면적이 줄어들어더 많은 부품이나 기능을 단일 칩(시스템 온 칩, SoC)에 통합할 수 있게 되어 공간을 절약하고 성능을 향상시킬 가능성이 있습니다.
• 성능 및 출력:
  • 신호 전송:칩 크기를 줄이면 신호가 이동해야 하는 거리가 짧아져, 속도가 향상되고 전력 소비가 줄어들 수 있습니다.
  • 열 관리: 소형칩은 냉각하기가 더 쉬울 수 있지만, 열 방출은 신중하게 관리해야 합니다.
• 확장성:
  • 추가 기능: 기술이 발전함에 따라칩 면적이 줄어들면서 동일한 공간 내에 더 많은 기능이나 처리 코어를 탑재할 수 있게 되어, 혁신과 성능 향상을 뒷받침합니다.
  • 비용 확장성:면적이 작을수록대규모로 더 많은 칩을 생산할 수 있어, 대량 생산 시장에 유리합니다.

Synopsys 실리콘 다이 혁신의 최전선에 서 있으며, 실리콘 라이프사이클 전반에 걸친 포괄적인 솔루션을 제공합니다. Synopsys 이 회사는 이 새로운 시대의 과제와 기회를 해결하기 위해 강력한 EDA(전자 설계 자동화) 및 IP(지적 재산) 제품군을 제공합니다. Synopsys 설계 소프트웨어의 주요 기능과 이점은 실리콘 칩 설계를 생성할 때 전력(P), 성능(P), 면적(A)을 동시에 최적화하는 데 중점을 둡니다. 칩 설계자는 설계 도구에 PPA 제약 조건을 자유롭게 지정할 수 있으며, 설계 도구는 PPA 목표를 달성하기 위해 필요한 경우 적절한 절충안을 도출하여 최적의 설계를 산출합니다. 

Synopsys 실리콘 디자인 솔루션

Synopsys 도구 및 IP 플랫폼을 통해 신속하고 효율적인 설계를 가능하게 하며, 초기 아키텍처 탐색, 소프트웨어 및 다이 설계 개발 및 검증, 그리고 간소화된 다이/package 공동 설계 를 지원합니다. SynopsysPPA 최적화 실리콘 칩 설계 솔루션의 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 초기 아키텍처 탐색: 다음과 같은 도구들은 Platform Architect 와 같은 도구는 설계자가 설계 프로세스 초기 단계에서 시스템을 최적으로 분할하고, 비용 및 열적 특성을 고려하는 동시에 최상의 PPA를 달성할 수 있는 잠재적 설계 아키텍처를 분석하는 데 도움을 줍니다.
• 소프트웨어 개발 및 검증: 가상 모델 및 다음과 같은 하이브리드 에뮬레이션 플랫폼 Virtualizer, ZeBu, 및 HAPS 와 같은 가상 모델 및 하이브리드 에뮬레이션 플랫폼은 실리콘 다이 설계가 완료되기도 전에 신속한 소프트웨어 구동 및 검증을 가능하게 합니다.
• 설계 구현: 다음과 같은 통합 환경 Fusion Compiler, 3DIC Compiler, 및 3DSO.ai 와 같은 통합 환경은 설계 프로세스 전반에 걸쳐 PPA를 최적화하면서 타당성 조사, 프로토타이핑, 플로어플래닝, 구현, 분석, 검증 등을 모두 지원합니다.
• 설계 테스트 및 검증: 다음과 같은 제품의 경우 VCS, Formality, PrimeTime, IC Validator, 그리고 TestMAX DFT와 같은 제품을 통해, Synopsys 는 설계를 실제 양산에 투입하기 전에 설계의 정확성, 기능성, 타이밍 및 제조 가능성을 시뮬레이션, 테스트 및 검증하는 포괄적인 툴 모음을 제공하여 “첫 번째 실리콘 성공”을 가능하게 합니다. 
• 실리콘 IP 다이 와 간의 연결을 위해:다이 Synopsys 실리콘 검증 완료 및 PPA(성능·전력·면적) 최적화된 IP를 제공합니다. 검증되고 사전 설계 및 사전 검증된 기능적 빌딩 블록 설계를 통해 견고하고 고대역폭이며 에너지 효율적인 설계를 보장함으로써, 고객이 이를 처음부터 설계하고 검증하는 수고를 덜어줍니다.
• 제조 및 신뢰성: ‘실리콘 수명주기 관리 ’ 제품군과 같은 솔루션을 통해 실리콘 칩의 전체 수명 주기 동안 포괄적인 모니터링, 테스트 및 최적화가 가능합니다.

반도체 업계 선도 기업 및 생태계 파트너들과의 긴밀한 협력을 통해, Synopsys 실리콘 칩(및 멀티다이 설계) 분야의 차세대 혁신을 지속적으로 주도하며, 고객이 시장 출시 기간 단축, 최적의 PPA 달성, 그리고 향상된 시스템 신뢰성을 실현할 수 있도록 지원합니다.