오픈-소스 EDA 도구 활용 NSPL 0.5um CMOS 공정 표준-셀 디자인 킷
Open-Source Std-Cell based Design Kit for NSPL/ETRI 0.5um CMOS process(2-Poly/3-Metal)
Github repo. link:
https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK.git
2024년 10월 9일 수요일
오픈-소스 EDA 도구 활용 NSPL 0.5um CMOS 공정 표준-셀 디자인 킷
2024년 10월 3일 목요일
"내 칩 MPW" NSPL 0.5um CMOS 공정용 표준-셀 디자인 킷 버젼-F 공개
"내 칩 MPW" NSPL 0.5um CMOS 공정용 표준-셀 디자인 킷 버젼-F 공개
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[주의] 이 디자인 킷은 실리콘 검증 되지 않았음. 사용자의 주의를 요함.
(2024년 4차 "내 칩 MPW"에서 실리콘 검증 신청 예정)
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"내 칩 MPW"의 NSPL 0.5um CMOS/2P3M 공정용 오픈-소스 표준 셀 디자인 킷(a.k.a 경희대학교 DK)이 버젼 F로 업-데이트 되었다. 표준-셀이 두가지 버젼으로 발행되었다. 두 표준 셀의 특징인 이전 버젼 E 와 같다.[링크]
버젼 F는 E 와 비교하면 다음과 같다.
1. 이전에 비하여 수직 트랙 수를 13에서 12로 낮춰 밀집도(density)를 높였다.
2. 두 표준-셀 유형을 교차 사용 할 수 있다.
a. 표준-셀 I 형: digital_ETRI050_m1f
b. 표준-셀 II 형: digital_ETRI050_m2f
3. 표준 셀을 두 예제에 적용하여 특징을 보면 다음과 같다.
예제1: FIR_PE
합성통계:
12. Printing statistics.
=== fir_pe ===
Number of wires: 778
Number of wire bits: 870
Number of public wires: 778
Number of public wire bits: 870
Number of ports: 8
Number of port bits: 25
Number of memories: 0
Number of memory bits: 0
Number of processes: 0
Number of cells: 850
AND2X2 30
AOI21X1 74
AOI22X1 21
BUFX2 9
DFFPOSX1 75
INVX1 126
NAND2X1 145
NAND3X1 94
NOR2X1 85
OAI21X1 175
OAI22X1 6
OR2X2 10
* 전역 셋과 리셋이 없는 플립-플롭 DFFPOSX1 만 사용됨
P&R 레이아웃: Density = 0.7
1. 표준 셀 유형 I 사용(digital_ETRI050_m1f)
Area: 867.9x844.2um
DRC: m2 spacing(36), m2 spacing(16)
Stacked VIA: 32 / VIA1+VIA2=~3.5k
2. 표준 셀 유형 II 사용(digital_ETRI050_m2f)
Area: 864.9x841.2um
DRC: m2 spacing(1)
Stacked VIA: 3 / VIA1+VIA2=~2k
* 두 유형 모두 면적 차이는 없으나 DRC와 적층 비아의 생성에 큰 차이가 있다. 유형 II 표준-셀은 경우 포트(핀)을 m2 에 지정하기 위해 셀 내부에 VIA1를 사용하고 있다. 자동 배선기가 생성하는 비아의 갯수가 적고 적층 비아도 줄어든다.
* 자동 배선기(Qrouter)의 옵션에 적층 비아 금지를 주었으나 완전히 배제하지는 못한다.
예제2: ALU8
합성통계:
Printing statistics.
=== ALU_wrapper ===
Number of wires: 945
Number of wire bits: 991
Number of public wires: 945
Number of public wire bits: 991
Number of ports: 8
Number of port bits: 22
Number of memories: 0
Number of memory bits: 0
Number of processes: 0
Number of cells: 977
$scopeinfo 1
AND2X2 40
AOI21X1 95
AOI22X1 37
BUFX2 9
DFFPOSX1 24
DFFSR 3
INVX1 139
MUX2X1 3
NAND2X1 171
NAND3X1 145
NOR2X1 63
NOR3X1 4
OAI21X1 219
OAI22X1 7
OR2X2 17
* 전역 셋과 리셋이 있는 플립-플롭이 단 3개 사용됨
P&R 레이아웃: Density = 0.59
1. 표준 셀 유형 I 사용(digital_ETRI050_m1f)
자동 배선 실패
(밀집도를 낮춰 자동 배선할 경우 면적이 넓어져 내칩 MPW 제한을 벗어남)
2. 표준 셀 유형 II 사용(digital_ETRI050_m2f)
Area: 969.9x952.2um
LVS: Mismatch Net(2)
DRC: m2 spacing(5), m3 spacing(2)
Stacked VIA: 7 / VIA1+VIA2=~3.1k
3. 표준 셀 유형 I에 유형 II의 DFFRS 셀 사용
Area: 969.9x949.9um
LVS: Mismatch Net(1)
DRC: m2 spacing(32), m1 spacing(25)
Stacked VIA: 35 / VIA1+VIA2=~4.3k
* 자동 배선에 성공 했음에도 불구하고 LVS 검사에서 불일치 네트가 발생된다. LVS는 배치 밀집도를 낮추면 제거할 수 있지만 내칩 MPW의 면적 제한을 벗어날 수 있다. LVS에서 핀 불일치가 아닌 이상 10개 미만의 네트 불일치는 레이아웃 수정이 가능 하다.
* 유형 I 만의 표준 셀로 자동 배선 실패하였으나 전역 리셋 신호를 가진 플립-플롭 DFFSR을 유형 II의 셀로 교체 한 경우에 자동 배선 성공한다. 배선 메탈 층의 갯수가 제한된 공정에서 전역 신호의 사용이 주는 영향은 아주 크다.
* 두 예제 설계의 결과를 보면 표준 셀의 최적화가 주는 영향을 잘 알 수 있다. 동일한 레이아웃 이지만 포트를 m1과 m2에 각각 달리준 경우 자동 배치배선의 결과(DRC, LVS, Stacked VIA)에 큰 차이를 보여준다.
* 디자인 킷에 제공된 표준-셀은 아주 기본적인 것들 만 있다. 다양한 기능의 표준 셀을 만들어 그 효과를 살펴보자. m1과 m2 를 혼용하여 포트(핀) 설정도 가능 하다.
* 디자인 킷에 표준 셀 제작을 위한 기준틀과 스크립트를 포함 시켰놓았다. 고유의 인-하우스 셀 레이아웃을 제작해 보기 바란다.
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디자인 킷 내려받기 깃허브 저장소:
https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK.git
오픈-소스 내 칩 MPW 튜토리얼:
https://fun-teaching-goodkook.blogspot.com/2024/07/mpw.html
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