[고급 디지털 제조:1강] 강의 소개 및 준비 사항 안내

[개강]"고급 디지털 제조 및 실습"

서울대학교 공학 대학원-2025년 2학기

1강: 강의 소개 및 준비사항

2025년 9월 4일(목)

이 수업은 "고급 디지털 제조 및 실습"라고 쓰고 "오픈-소스 도구를 활용한 내 칩 설계 , 검증 그리고 제조"라고 이해하기 바란다. "오픈-소스 도구를 활용한 반도체 설계"를 배우게 될 것이다. 최종 목표는 "내 칩 제작 서비스[바로가기]"를 통해 반도체 제조 도면을 제출하여 생산을 의뢰하는 것이다.

과목 개설의 동기와 목표:

오픈-소스 컴퓨팅 도구들이 충분히 성숙되어 상용 툴을 대체하기에 이르자 프로그래밍 언어와 소프트웨어 개발은 전공자들의 전유물이 아니게 되었다. 오히려 비전공자들의 아이디어 구현이 빛을 내고 있기도하다. 반도체 설계도 예외가 아니다. 오픈-소스 반도체 설계 도구들도 발전을 거듭하여 시스템 수준 알고리즘에서 합성과 자동 배치배선 그리고 최종 레이아웃 생성까지 수행할 수 있는 체계를 갖췄다. 이에 비전공자들도 자신의 고유 칩을 만들수 있는 환경이 충분히 성숙되었다. FPGA 들이 저렴한 가격으로 널리 보급되어 반도체 설계 "덕후(enthusiast)", 또는 "메이커(Maker)"들이 등장하고 이제는 "반도체 설계"가 취미의 영역에 진입했다고 할 정도다. 예전에 유로였던 FPGA 개발 도구들도 무료로 사용 할 수 있도록 개방되는 추세다. FPGA 벤더에서 배포하는 개발도구 패키지 내에 오픈-소스 도구가 상당부분 차지하고 있음은 물론이다. 이에 덧붙여 국내에는 무료 MPW 사업 "내 칩 제작 서비스"가 수행되고 있고, 해외에서는 "닥치고 ASIC(Keep Calm & make ASIC)"이라는 기치아래 저렴하게 내 칩을 제작해주는 서비스가 실시되고 있다.

오픈-소스와 상용 도구의 개방(또는 저가공급)정책으로 반도체 설계 교육의 큰 장애가 되어왔던 고가의 설계 소프트웨어(EDA Tool) 라이센스 문제는 상당히 해소 되었다고 할 수 있다. 이에 덧붙여 생활속에서 느끼는 발전된 반도체 기술과 교실에서 배우는 내용 사이의 엄청난 추상성 격차는 쉽게 극복하기 어렵다. 이런 상황에서 학생들에게 교과서에 등장하는 각종 최신 반도체 설계의 공학적 방법론을 실습 없이 이해하라는 것은 부당하다. 이러한 애로점(교육자재의 부족, 긴 공정기간, 학과목 간의 연계 부족)을 해소하고 반도체 설계 역량을 강화하기 위하여 본 과목을 개설 하였다. 아래 그림은 오픈-소스 활용한 표준 셀 기반 반도체 설계 과정을 보여준다. 본 학과의 목표는 이 그림을 완전히 이해하고 전과정을 내 책상 위에서 수행해 보는 것이다.

수업 참여 학생 준비사항:

본 수업에 참여하는 모든 학생은 각자 과제를 수행하고 보고서를 논문 형식으로 제출하여야 한다. 반도체 설계에 소요될 모든 소프트웨어는 학생들의 컴퓨터에 설치 한다. 리눅스 설치와 오픈-소스 반도체 설계 도구의 설치 방법은 아래 문서를 참고한다.

1. "가상머신 리눅스 설치"[바로가기] 또는 "다시 WSL!"[바로가기]

윈도우즈 PC에 가상 리눅스 설치 방법은 VMware, VirtualBox, WSL 이 있다. 위의 문서는 세가지 방법을 모두 설명한다. 어느 방법도 좋다. 랩탑에 설치하는 경우 가장 가벼운 WSL을 추천한다.

2. "오픈-소스 반도체 설계 도구 설치"[바로가기]

베릴로그 합성과 시뮬레이션, SystemC/C++ 시스템 모델링, 표준 셀 자동 배치배선(Placement & Routing), 레이아웃(GDS) 생성, 사인-오프(LVS, DRC, Via Check)등 반도체 설계에 필요한 모든 도구들을 설치하는 방법을 설명한다.

3. "Arduino 및 FPGA 도구 설치"[바로가기]

"내 칩"을 제조하기 위해 도면을 공장에 제출하기 전 철저한 검증을 수행한다. 단순히 시뮬레이션 만으로는 부족하다. FPGA를 활용하여 Co-Simulation 은 물론 Co-Emulation 을 수행 할 것이다.

4. "내 책상위에 꾸미는 반도체 설계실"[바로가기]

오픈-소스 반도체 설계 도구는 무료다. Xilinx와 Altera의 FPGA 개발도구들도 무료 라이센스 정책을 펴고있다. FPGA와 Arduino, Raspberry Pi Pico 하드웨어도 매우 저가로 공급되고 있다. "내 칩" 제작 역시 무료로 해준다. 개인별 실습에 필요한 부품 구매 비용은 과목 실습비에서 제공 예정이다. 학생 스스로 부품을 구매하고 땜질도 해야한다. 반도체 설계실을 내 책상 위에 꾸려보는 것은 어떤가!

MyChip-On-MyDesk!

끝으로,

"랩 걸(Lab Girl)"을 읽어보라. 이 과목을 진행하게된 이유이기도 하다. "'랩 걸'을 읽고 나니 누군가의 연구 조수가 되어 주고 싶어 졌다."[바로가기]