2016년도 반도체 시황이 비교적 약세였음에도 불구하고 EDA 업계에서는 향후 지속적인 영향을 미치게 될 주요 사항들이 눈에 띄었다.
올해에는 이러한 사항들의 중요성이 더욱 커질 것으로 보인다. 그 중에서도 특히 눈에 띄는 분야는 ▲가상 수율 분석 ▲에뮬레이션의 전력 및 테스트 분석 분야 확장 ▲InFO 패키징 ▲복합 시스템(SoS: System of Systems) PCB 설계 4가지다.
가상 수율 분석
먼저 가상 수율 분석 분야는 급성장을 보였다. 발표된 산업 데이터에 따르면 상위 10개 반도체사의 부품 불량 분석횟수가 일일 200만대 이상으로 늘어났음을 알 수 있다. 무엇이 변화하고 있는 것일까?
지난 수년간 최종 테스트나 다이 선별 프로브 분석에서 얻은 부품 불량 데이터는 불량 분석실에서 분석되거나 그렇지 못할 경우에는 아예 분석이 이뤄지지 않았다. 그러나 이 같은 상황은 바뀌고 있다. 불량 분석실이 개별적인 부품 불량을 찾아내 분석할 수 있는 역량은 제한적인데 이는 물리적인 크기가 너무나도 작아졌기 때문이다.
이제 불량 데이터는 물리적인 레이아웃 데이터와 비교되고 있다. 덕분에 새로운 공정과 디자인의 사용이 증대될 때는 물론 성숙한 제조 공정의 지속적인 모니터링 시에도 수율이 크게 증가하게 됐다.
오늘날에는 주요 반도체사들의 모든 불량 데이터가 분석되고 있다. 현재 시판되고 있는 EDA 소프트웨어 툴들이 생성하는 통계적 데이터를 이용해 불량이 시스템 설계 레이아웃상의 문제 때문인지 혹은 공정이 미치는 영향 때문인지 알아낼 수 있다.
이러한 ‘심층 데이터 분석’은 수백만달러에 달하는 비용을 절감해줄 뿐 아니라 부품의 성능 마진도 향상시켜 주고 있다. 실리콘 파운드리들이 불량 데이터를 고객들과 기꺼이 공유하고 있는 점도 도움이 되고 있다. 2017년에는 디바이스 불량의 분석이 거의 100% DFT(design-for-test) 소프트웨어를 이용해 이뤄질 것이다.
에뮬레이션의 전력 및 테스트 분석 분야 확장
지난 5년간 가장 빠른 성장을 보인 EDA 분야는 에뮬레이션으로서 그 성장률은 100%가 넘었다. 설계의 복잡성이 너무도 커졌기 때문에 시뮬레이션은 이제 더 이상은 설계 문제를 찾아내 검증하기에 적합하지 못하게 됐다.
이 때문에 주요 EDA 업체들은 에뮬레이션 하드웨어에 대한 지출을 늘려왔으며 보다 최근 들어서는 에뮬레이션 데이터를 이용해 이러한 문제들을 분석하는 소프트웨어 툴에 대한 투자를 늘리고 있다.
오늘날의 최첨단 기업들은 자사 디자인을 에뮬레이션 검증으로부터 직접 테이프아웃 하는데 이들 중 일부는 최종적인 FPGA 기반의 검증 작업도 수행한다. 그러나 대부분의 기업들은 어느 정도 수준의 소프트웨어를 자사의 에뮬레이터에서 실행시켜 검증하고 있다.
2016년에는 무엇이 바뀌었을까? 중요한 변화는 기존의 에뮬레이션 플랫폼에 소프트웨어 애플리케이션이 추가됐다는 것이다. 가장 중요한 변화 중 하나는 전력 분석 기능이 에뮬레이터에 포함된 것이었다. 전력 분석이 대형 IC의 설계에 있어서 너무나도 중요해진 나머지 이제 UPF 기반의 시뮬레이션은 더 이상 적절하지 못하게 됐다.
따라서 에뮬레이터를 제공하는 EDA 업체들은 파워 아티스트(Power Artist)와 같은 선두적인 전력분석 툴을 이용하는 전력 분석 기능을 포함시키고 있다. 덕분에 전력이 디자인의 게이트 수준에서 미치는 영향을 폭 넓게 분석하기가 용이해졌다.
또 다른 주요 추가사항은 DFT(design-for-test)다. 이제는 테스트 벡터를 생성해 이를 에뮬레이터에서 실행할 수 있게 됐다. 그 결과 프로토타입이 테스트 벡터의 문제로 인해 테스트를 통과하지 못하는 것인지 알아내느라 소비되던 그 모든 시간들이 이제는 사라졌다. 따라서 첫 패스의 프로토타입 수령 시로부터 생산에 이르기까지 걸리는 주기 시간이 크게 단축됐다.
InFO 패키징
패키징도 패키지·칩 시뮬레이션 못지않게 보다 중요한 문제가 되고 있다. 2016년에 도입된 다양한 멀티칩 패키징 접근방식들은 더욱 더 비용효율적이 되고 있다. InFO도 그 중의 하나이며 그 밖에도 다른 방식들이 있다.
궁극적으로 다음 세대에는 복잡성으로 인해 멀티칩 패키징 구성에 대한 시뮬레이션, 검증 및 분석이 요구될 것이다. 당면 문제는 기본적인 멀티칩 구성의 개발 및 검증을 위한 EDA 설계 소프트웨어다.
2016년에 EDA 업체들은 2017년에 채택될 새로운 기능들을 공격적으로 개발했다. 지난 수년간 EDA 업체들은 패키징을 위한 통합 솔루션을 개발해왔다. 이 솔루션들을 통해 칩 디자이너들은 비용과 성능에 가장 효과적인 패키징 및 핀아웃 구성을 지능적으로 분석할 수 있다.
이제 설계 환경은 패키징 엔지니어와 칩 디자이너 간의 꾸준한 데이터 흐름을 필요로 하고 있다. InFO는 이러한 협력을 가속시켰다. 주요 EDA 업체들은 혁신적인 분석 툴뿐만 아니라 기본적인 설계 개발 환경도 이용해 이 문제를 다루고 있다. 내년도인 2017년은 그 채택이 가속되는 해가 될 것이다.
복합 시스템(SoS: System of Systems) PCB 설계
최종적으로 전자장치를 포함하는 시스템의 설계 분야에서 혁신이 진행중이다. EDA 업계는 지난 20년간 IC 설계의 자동화에 대부분의 노력을 쏟아왔다. 현재는 IC 설계의 거의 모든 측면들이 컴퓨터를 이용해 자동화돼 있다. 그러나 시스템 설계는 아직 가상 설계 자동화로 나아가는 발전단계의 초창기에 있다.
PCB 설계의 캡처, 분석 및 레이아웃은 1980년대 초부터 IC 설계와 함께 진전돼 왔다. 새로워진 것은 ‘복합 시스템(SoS)’의 설계다. 멀티보드 시스템의 연결 및 검증은 어떻게 이뤄져야 할까?
지난 수년간 이 문제를 해결하기 위한 설계 소프트웨어가 도입됐다. 항공기, 자동차 및 기차를 설계하는 대형 시스템 업체들은 복잡한 제조 장비의 디자이너들과 함께 이 소프트웨어를 채택해 왔다. 기업의 설계 자동화는 이제 현실이 되었다.
크고 복잡한 기업들은 이제 설계 부문에서 일어나고 있는 변화들을 실시간으로 모니터링해 한 때는 자율적인 기반으로 운영되던 사내 부서들을 연결시킬 수 있게 됐다. 누군가가 기업 내의 한 부분에서 디자인을 변경할 경우 이는 해당 디자인의 다른 측면에 어떤 영향을 미칠까? 이러한 내용이 이제는 모니터링 되는 것이다. 첨단 기업들은 복잡한 시스템 디자인에서 정확히 어떤 측면들이 해당 디자인의 다른 부분들에 대한 변경으로 인해 영향 받게 되는지 알고 있다.
이러한 중요한 발전을 가능케 한 것은 EDA다. 그러나 이는 EDA 업계에서 일어나고 있는 일 중 일부분에 불과하다.
EDA는 변화하고 있다. EDA는 이제 첫 패스에 기능하는 IC 디자인을 설계할 수 있는 능력을 주었지만 아직은 시스템 디자이너에게도 같은 능력을 제공하고 있지는 못하다. 하지만 그러한 능력의 실현이 다가오고 있다.
그리고 그 실현은 생각보다 빨리 이뤄지고 있다. 항공기, 기차 및 자동차의 디자이너들은 각 서브시스템의 물리적 프로토타입을 제작하기 훨씬 전부터 이들 디자인에 대한 가상 시뮬레이션을 갈망한다. 과거에는 이 같은 일이 불가능했다. 모델로는 충분치 못했으며 시뮬레이션은 기계적 분석이나 열분석으로만 제한됐다. 그러나 세상은 달라졌다.
2017년에는 이제까지 EDA를 방법론 중 일부로서 고려해본 적이 없던 기업들이 EDA를 채택하는 모습을 보게 될 것이다.
자동차 및 항공우주 산업 분야의 디자이너들은 전통적으로 기계 설계 지향적이었다. 그러나 이제 자동차와 항공기의 차별화와 기능은 갈수록 더 전자 장치에 의해 주도되고 있다. 새 차에서 원하는 기능이 어떤 것인지 아이들에게 물어보라. 그 대답은 차량 내 인포테인먼트일 것이다.
안전 문제를 누구보다도 신경 쓰는 것은 자동차 디자이너들이다. 이들은 ISO 26262와 같은 새로운 규정은 물론 다른 기능들과 환경 요건도 다뤄야 하며 점점 더 많은 시각 센서, 레이더, 레이저 센서 및 기타 센서들이 자동차에 부착됨에 따라 ‘센서 융합’이라는 기본적인 과제까지 다뤄야만 한다.
전기적 거동에 대한 가상 시뮬레이션 없이 자동차와 항공기를 신뢰성 있게 설계할 수 있는 길은 없다. 게다가 통합 시스템 시뮬레이션은 이제 필수조건이 됐다. 와이어 묶음이 도어 프레임의 구멍을 잘 통과할 수 있을지 어떻게 알겠는가?
EDA 툴을 통해 그 답을 알 수 있지만 이는 기계 디자인으로부터 데이터를 구한 뒤에라야 가능하다. 자동차나 비행기의 배선은 3차원적인 문제다. 반면에 EDA 툴은 전통적으로 2차원 상의 배선 문제를 다룬다.
그러나 세상은 변화하고 있다. 이제는 IC 설계를 위한 기본적인 EDA 기술이 시스템 설계에 적용되는 것을 보게 될 것이다. 최첨단의 IC 설계 기술을 유지할 수 있는 업체들은 이 기술을 시스템에 적용할 수 있을 것이다. 이는 새로운 EDA 시장을 창출할 것이며 그 규모는 EDA의 전통적인 IC 설계 시장보다 클 것이다. 하지만 이는 IC 설계 EDA의 기본적인 시뮬레이션, 검증 및 분석 툴을 기반으로 할 것이다.
가까운 장래의 언젠가는 복잡한 시스템의 디자이너들이 가상 시뮬레이션을 이용함으로써 설계 주기 초기에 절충작업을 수행할 수 있게 될 것이다. 그 같은 노하우는 IC 설계로부터 올 것이다. 이제 시스템의 프로토타입을 제작해 설계 문제가 있는지 테스트하기는 불가능해졌다.
그 같은 접근 방법은 사라져가고 있으며 그 자리를 대신하게 되는 것이 가상 프로토타이핑이다. 이는 기본적인 EDA 기술에 의해 가능해질 것이다. 올해는 이러한 방향으로 급격한 진전이 이뤄지는 해가 될 것이다. 전자설계 자동화 추세로 인해 제공될 가능성이 매우 크다.
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