Table Look-up (TLU) 파일에 대해서 알아보겠습니다. TLU 파일은 소자 Model을 정의하는 데 있어서 매우 중요한 파일입니다. 다양한 조건에 대한 Data를 미리 계산하여 Table 형태로 User에게 제공함으로써, Circuit Simulation이나 성능 분석의 효율성을 높일 수 있쬬.
' 다양한 조건' 이라는 것은 무엇일까요. TLU 파일은 소자 특성에 대해서 전압, 온도, 그리고 소자의 Physical Dimension (Width/Length) 등 여러 조건을 고려하여, 전류, 전압 Table로 정리합니다. 즉, 다양한 조건에서 소자가 어떤 식으로 동작하는지 예측할 수 있도록 I-V 정보를 Table로 제공하는 것이죠.
TLU 파일을 사용하면 장점이 있습니다. 소자의 특성 정보를 Database로 제공하기 떄문에, 복잡한 수학적 계산을 반복적으로 수행하지 않고도, 소자의 Parameter 조합에 대한 특성 결과를 빠르게 조회할 수 있죠. 여러분들은 학교나, 대학원 그리고 회사에서 퇴근하기 전에 밤새 Simulation을 돌려 놓고 다음날 아침에 결과를 조회했던 기억이 있을 것입니다. 그만큼 Simulation에 할당되는 Resource가 크다는 것이죠..
또한, N/PMOS Transistor 뿐만 아니라 Resistor, Capacitor 등 다양한 기본 소자들에 대한 Modeling도 함께 제공하기에, 각 소자 type에 맞는 TLU 파일들이 존재하죠.
TLUE 파일의 구조를 해석하는 방법은 간단합니다.
1. Header Section -. TLU 파일 맨 처음 부분은 파일에 대한 메타 정보를 담고 있쬬. 이 정보는 다른 파일과 마찬가지로 파일의 Version 정보, 작성일자, 해당 공정의 Tech node 정보 등이 포함되어 있습니다.
2. Table Section -. 실질적인 Data 정보입니다. TLU 파일은 Data가 Table 형태로 구성됩니다. 일반적으로 첫 번쨰는 Vds(V), Vg(V)와 같이 입력 파라미터가 위치하고, 두 번째 열에는 해당 입력 파라미터에 대한 결과 Id(mA)가 포함됩니다. 위의 예씨는 각 행은 특정 Gate Biasd에 대한 Drain Current를 나타내죠. 설계 엔지니어는 이 Data Table을 기반으로 특정 조건에서 소자의 동작을 Simulation 할 수 있죠.
실제 Silicon 소자의 동작은 매우 복잡합니다. TLU 파일을 이용하여 미리 다양한 조건에서 특성이 정의 된 Data를 활용한다면 보다 정확하고 빠른 모델링이 가능하겠죠. 그리고 설계를 하다 보면 다양한 시나리오들이 고안되는데, TLU 파일을 통해 실시간으로 Data를 조회함으로써 최적 성능을 타겟팅 할 수 있겠습니다.
정리하자면, TLU 파일은 고속 시뮬레이션과 효율적인 설계를 가능하게 한 다는 점에서 반도체 설계에서 필수적인 Data 파일입니다.ㅎ
TLU+ (TLU PLUS) 파일은 TLU 파일의 Upgrade(?) 변형이며, 일반적으로 Advance Parameter를 포함하여 보다 더욱 정교한 RC 평가가 가능합니다. TLU+ 파일은 RC Corner 및 공정 Variation을 더 정교하게 Modeling 하여, 설계 엔지니어가 다양한 조건에서 소자의 성능을 정확하게 평가하고 예측할 수 있게 합니다.
Max TLU & Min TLU 용어 정의 1. Max TLU : 가장 Worst한 Case 조건을 반영한 Data로 설계 시, 최대 성능 Delay 또는 저하를 예측하고 이를 회피하는 데 도움이 되죠. 일반적을 높은 온도, 높은 전압, 높은 Process Variation을 반영하여, 극단적인 조건으로 동작특성을 검증하죠. 그러면 Max TLU를 기반으로 회로가 극단적인 Worst Case 때 특성을 반영하여, 충분한 동작 Margin 및 Spec.을 결정하여 보다 신뢰성있는 회로를 설계할 수있겠죠. 2. Min TLU : Max TLU와 달리 최적의 성능을 반영한 Data입니다. 즉, 가장 유리한 조건! 최적의 조건!에서의 성능을 나타내죠. 낮은 온도, 낮은 전압, 또는 최소한의 Process Variation 환경을 가정하고, 해당 조건에서 회로의 최고 성능을 확인할 수 있쬬.
이 두 파일을 사용하여 다양한 조건 환경에서 회로의 신뢰성을 평가하고 최적화하는 것이 매우 중요합니다.
Details
.tlu file은 "Table Look-up" 약어임!
TLU 파일은 RC 를 추정 및 평가 그리고 추출할 떄 사용도는 Binary File 입니다. Header는 ASCII Format이죠.
다양한 Dimension (Width/Length/Spacing etc)에서의 wire capacitance를 Look-up Table 형태로 포함하고 있기 때문에, 높은 정확도와 빠른 실행속도라는 강점을 제공하죠.
Metal의 단위 길이당 R C Parasitic 기생 성분 정보를 제공하여 Net Delay를 계산할 때 주로 사용합니다. 만일 TLU 파일이 제공되지 않는다면, ',itf' file (Interconnect Technology File)'이 사용되죠. TLU File은 Interconnect에 대한 Advance Process 효과들을 Modeling 하는 '.itf' 파일에서 생성되기 떄문이죠.
tlu+ 파일과 tlu file을 load하기 위해서는 map file이 필요합니다. max & min tlu file은 두 가지 다른 RC Corner에 대해서 Define 되죠.
.map file (Layer Map File)은 '.itf' 파일과 Milkyway 기술 파일 간의 Layer 및 VIA를 매칭하죠. (이거 없으면 .gds streaming 할 때, Layer 정보가 Mapping이 되지 않아서 참 난감했던 기억이 나네요.)
TLU+ 파일을 설정하기 위한 ICC 명령은 아래와 같습니다. -. Set_tlu_plus_files -tech2itf_map /path/of/.map~ -. max_tlue_plus /path/of/worst.tlup -. min_tlu_plus /path/of/best.tlup
TLU+ 파일을 설정한 후, 다음 명령을 실행하여 검증을 할 수 있쬬.
'extract_rc' 또는 'write_parasitic' 명령을 사용하면, Tool은 TLU+ 파일 정보를 가지고 Parasitic 성분을 추출한답니다.
Milkyway Database
Milkyway는 다양한 Tech node에 대한 Physical Design Rule 및 Layer Info., 소자 Model 같은 정보에 대한 Database 입니다. 해당 Data는 ASIC 및 FPGA 설계에 필수적이죠. Transistor, Resistor, Capacitor와 같은 다양한 소자들의 특성 Data들이 포함되죠. 그리고 각 공정기술에 따른 RC Parameter를 포함하고 있으며, Simulation 시 지연 분석에 활용됩니다. Milkyway는 설계 엔지니어가 효율적으로 Data를 쿼리하고 조작할 수 있는 User-friendly한 Interface를 제공하죠. 그러면 필요한 Data 정보를 쉽게 찾고, 수정하며 새로운 기술 요구사항들을 빠르게 대응할 수 있습니다.
'Milkyway Database으 구조는 어떻게 구성되어 있을까요.?'
Milkyway는 각 Tech node에 정의된 Layer 그룹들의 정보를 포함하고 있습니다. Metal, Poly Si 등 각 Layer들은 공정에서 정의한 Design Rule에 따라 구분되죠. 또한, Logic Gate나 Memory Cell과 같은 Cell 구조의 특성도 정의되어 있습니다. 이 셀들은 Instance를 가질 수 있으며, 각 Instance는 특정 설계에서 고유 Parameter를 가질 수 있죠.
Milkyway는 Design Compiler, IC Compiler, Astro, StarRC, Prime Time, Hercules 등 많은 Synopsys Tool에서 사용되는 Database 입니다. Milkyway Design Library에 Design Data를 저장하고, Milkyway Reference Library에 Physical Library Data를 저장합니다.
Milkyway Design Library는 Gate-level-netlist, Design Constraints, Floorplan data, placement data, routing data 등을 포함하고 있죠. 반면, Milkyway Reference Library는 Standard ell, Macro Cell, I/O Pad 정보들을 포함하고 있습니다.
한 번에 하나의 Design Library만 열 수 있고, 하나의 Design Library는 여러 개의 Cell을 포함할 수 있습니다. 여기서 동일한 Library내 Cell은 여러 개를 동시에 열 수 있쬬.
Milkyway Database는 Operating System command를 통해 절대 수정해서는 안 됩니다. Database의 일관성과 무결성을 보장하기 위해서는 Tool 내 특정 Command만을 사용해야죠.
Milkyway Database 내에는 다양할 Cell View를 포함합니다. -. CEL View : Cell 전체 Layout view -. FRAM View : Cell의 Abstract view -. FILL View : Sign-off 시 생성된 Metall Fill view -. CONN View : Power & Ground Network view -. ERR View : Design Rule Violation view. → CEL View는 Cell에서 사용되는 모든 Layer에 대한 자세한 정보들을 포함하고 있습니다. FRAM View는 PnR에 필요한 Cell의 Abstract View만 포함되죠.
Milkyway는 Topological Parasitic 요소와 Timing Data를 포함하고 있습니다.
' .oa file ' Opena Acess Database
'.oa' file은 "OpenAcess Database" 입니다. EDA Tool과 관련된 다양한 설계정보를 포함하고 있으며, 특히 IC 설계, Layout 검증 및 분석에 적합합니다. Open Access는 여러 EDA Tool 간의 Data 호환성을 보장하죠. 설계자가 Cadance Virtuoso를 사용하던, Synopsys Custom Compiler를 사용하던, '.oa' 파일을 통해 Data를 쉽게 교환하고 접근할 수 있습니다. Physical Design Data, Logic Design Data, Place & Route Data, Simulation Data 등 유연하고 확장 가능한 Data Model을 제공합니다.
이러한 OpenAccess Database는 모듈화된 구조를 가지고 있기에, Cell, Library, Map 등 설계의 다양한 요소를 개별적으로 관리할 수 있고, 계층 구조를 명확하게 표현할 수 있습니다.
.oa File의 구조는 역시 파일의 Version, 파일 형식, Data 구조에 대한 정보가 포함됩니다. 그리고 Layout에서 사용하는 node, Polygon, Line과 같은 Design 객체들이 포함되어 있습니다. 각 객체는 해당 속성 및 메타데이터와 함꼐 저장되죠. 또한 Design의 복잡성을 관리하는 데 있어 중요한 정보인 Layout의 계층 구조와 Cell간의 관계 정보가 포함되어 있고 Power와 Signal Line의 연결정보와 같은 Network 정보도 포함하고 있습니다.
.다양한 EDA Tool에서 .oa 파일을 사용하여 설계를 검증하고, 여러 설계 팀 간의 협업이 정말 용이하게 합니다.
EDA 산업에서 OpenAccess Database의 중요성은 이루 말할 수 없죠. OpenAccess는 원래 Cadence에서 Genesis로 개발되었습니다. 이후 'Si2'에 기증되었고, 결국 Source Code가 Open 됐죠. OpenAccess는 EDA Tool을 위한 Open Source Data Model입니다. 객체지향인 OpenAccess는 C++로 작성되었고, Milkyway는 C로 작성되었죠.OpenAccess는 Open Source이기에 Source Code를 자유롭게 검토하고 수정할 수 있는 반면, Milkyway의 Source Code는 공개되어 있지 않습니다. Open Source이기에 다른 Database 보다 호환성이나 검토, 수정 측면에서 큰 강점이 있는 것이죠.
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