LSI設計フロー
LSI設計に携わる会社は数多くありますが、大半は、全体の工程の一部を担当するケースです。その点、三栄ハイテックスは、専門会社として設計そのものを手掛け、設計フローの上流から下流まで一貫サポートできるのが大きな強みとなっています。それはまた、三栄ハイテックスで仕事をする人々を、知的刺激に満ちた環境が待っているということでもあります。
LSI設計は、「論理的なものの考え方」と、現場で育まれる「経験・感性」を巧みに組み合わせることで成し遂げられる、クリエイティブな仕事なのです。(LSIのより基本的な知識は、「LSIとは」のページをご覧ください)
LSI設計フロー
01 仕様検討
02 回路設計
機能設計
デジタル回路
機能記述 / 機能シミュレーション / 論理合成
信号を2値化して膨大な演算を行うデジタル!
アナログ回路
定数設計 / 回路図入力 / シミュレーション
自然界は音も光も人が取り扱う信号は全てアナログ!
ゲートレベルシミュレーション / 仮想配置配線シミュレーション
03 レイアウト設計
デジタル回路
自動配置配線
アナログ回路
アナログレイアウト
美的センスも追求するレイアウト!
レイアウト検証
04 LSI試作
05 実機評価
期待と不安が錯綜!
06 LSI量産
仕様検討
LSIにどのような機能を持たせるか、性能はどの程度か、消費電力はどれくらいかなど、製品の要求仕様を詳細に検討します。製品の機能や性能、消費電力、コストなどの要件を詳細に分析・定義します。これにより、最終的なLSIの設計目標が明確になります。
三栄ハイテックスでは、顧客である大手半導体メーカーから提供される製品仕様をもとに、お客さまと密に連携しながら、設計する回路の詳細を決定します。この段階で仕様が固まることで、次のステップである「回路設計」へと進む準備が整います。
回路設計
三栄ハイテックスでは、高度な技術を駆使し、精度の高い回路設計を提供しています。
02-01. 機能設計
例えば、家電製品のボタン操作や自動車のセンサー制御など、特定の入力に対してどのような動作をするのかを、設計者は事前に決定し、その仕様をもとに回路の設計を進めていきます。この段階では、製品の要求仕様を十分に理解し、それに基づいた最適な動作を達成するための回路構造を検討します。
機能設計の結果は、アナログ回路設計やデジタル回路設計の土台となります。製品全体の性能と信頼性を左右するため、非常に重要な役割を果たします。
02-02. デジタル回路設計
例えば、家電製品のボタン操作や動作の指令を担当するのがデジタル回路です。設計はVerilog-HDLやVHDLといったハードウエア記述言語を用いてプログラム的に行われます。デジタル回路は、プログラミング技術と密接に関わっており、迅速な機能開発が求められる分野です。
02-03. アナログ回路設計
具体的には、カメラのレンズが光を取り込む際に動作する回路などがアナログ回路の一例です。アナログ回路の設計では、MOSやコンデンサー、抵抗などの電子素子を使用し、電圧や容量のシミュレーションを通して設計が進みます。基礎的な物理法則を応用しながら、時には高度な数学的手法を駆使して新たな回路を設計します。
02-04. ゲートレベルシミュレーション / 仮想配置配線シミュレーション
ゲートレベルシミュレーション
ゲートレベルシミュレーションは、RTL設計を論理ゲートレベルに合成し、タイミング特性や論理的な正しさを検証するシミュレーションです。Verilog-HDLやVHDLで記述された回路の動作を詳細にシミュレートすることで、設計ミスやタイミング違反などを早期に発見し、修正することができます。仮想配置配線シミュレーション
仮想配置配線シミュレーションは、回路を実際のLSI上に配置し、配線を行った状態をシミュレートする工程です。物理的なレイアウトによるタイミングのずれ、ノイズ、電力消費などを評価し、回路が想定通りに動作するかを確認します。これらのシミュレーションを通じて、設計の完成度を高め、製品の品質を確保することができます。
レイアウト設計
回路設計で作成された図面を基に、トランジスタ、抵抗、コンデンサーを物理的に配置し、実際のLSIの形状をデザインしていきます。この段階では、配線の太さや配置、部品の面積などが考慮され、小さなLSI内部に効率よく部品を配置する技術が求められます。
03-01. デジタルレイアウト
03-02. アナログレイアウト
03-03. レイアウト検証
LSI試作
実機評価
LSI量産
LSI設計で使う主なツール
- HDL(Hardware Description Language): VerilogやVHDLといった言語を使って、回路の動作を記述します。
- EDA(Electronic Design Automation)ツール: 回路シミュレーション、論理合成、配置配線など、設計の各工程を自動化するためのツールです。
デジタル回路設計フロー
アーキテクチャ設計
デジタル回路設計の第一歩は、パイプラインやリソースの共有といった論理構造を意識しながら、最適なアルゴリズムやアーキテクチャを探ることです。設計には、C/C++などのプログラミング言語を使うほか、必要に応じてMATLAB/Simulinkを用いてモデルを作成します。また、Mixed-Signal回路設計においては、社内のアナログ設計エンジニアと緊密に連携し、バランスの取れた最適な設計を目指します。新しいツールや技術を積極的に活用し、常に設計の精度向上を追求しています。
論理設計
次に、設計意図をしっかりと明確にしながら、論理回路の設計を行います。第三者にも理解しやすい、丁寧で見やすいドキュメントを作成することで、設計の信頼性と透明性を確保します。
論理検証
経験豊富なエンジニアが、回路の検証にあたって、あらゆるシナリオを想定し、抜け漏れのない検証を実施します。System VerilogやUVMなどの最新の検証手法を積極的に活用し、品質向上と検証効率の向上を実現します。
アナログ回路設計フロー
仕様検討
当社の設計者は、単に設計するだけでなく、製品の要求仕様に基づいて設計仕様をまとめるところから関わります。LSIや半導体の開発に必要な仕様を、エンジニア自身が検討することで、より精度の高い設計が可能です。
アーキテクチャ設計
システムLSIが求める動作や特性を実現するために、MATLAB/SimulinkやVerilog-Aといったツールを駆使してアーキテクチャを設計します。Mixed-Signal LSI開発では、アナログとデジタルを適切に融合させる設計を行います。さらに、システムLSI設計の効率化を図るトップダウン方式を採用しており、効率よく高品質な設計を行うことが当社の強みです。
回路設計
設計仕様とアーキテクチャに基づき、回路定数を設定します。設計後には、アナログ特性をピュアSPICEで、Mixed-Signal回路をAMSで検証し、精度の高い設計を実現しています。また、国内外の主要な半導体ファウンドリ(FAB)のPDKを活用し、設計・検証環境はすべて社内で構築しています。設計や検証ツールの最適化にも力を入れ、常に最新の環境で作業を進めています。
レイアウト設計
当社では、回路設計者とレイアウト設計者が密に連携し、回路特性を保ちながら最小限のレイアウトサイズを実現します。さらに、物理検証だけでなく、ポストレイアウトシミュレーションも実施し、信頼性を高めています。
Fab工程
試作評価
試作したLSIや半導体を、専任の技術者と高度な測定機器で評価します。社内で設計したものはもちろん、お客さまの設計によるLSI/半導体も評価可能です。
レイアウト設計フロー
キックオフ会議
プロジェクト開始時に、体制やスケジュールを全員で共有します。この会議では、回路の確度やリリース予定を確認し、優先順位の高い内容について話し合います。また、レイアウト仕様の提示方法や進捗確認の頻度、チェック体制についてもここで決定します。
feasibility study(実現可能性調査)
回路設計とレイアウト設計のやり取りを最小限に抑え、効率よく進めることを目指します。レイアウト制約に応じて、最適な回路定数を調査し、寄生成分を考慮したパーツやレイアウトの作成を行います。これにより、LPE(レイアウトパラメータ抽出)まで対応し、パーツ単位での利用が可能になります。
フロアプラン
回路設計者の意見を直接反映し、高品質なフロアプランを作成します。レイアウト仕様に記載された内容が適切に反映されているか確認し、さらに仕様に載っていない細かい要望にも対応します。レイアウト側からの要望も早い段階で回路側に伝え、迅速に反映してもらいます。
ブロックレイアウト・全体レイアウト
回路設計の進捗に合わせてレイアウト設計を調整し、柔軟に対応します。定期的な社内進捗確認会を実施し、進捗を常に共有することでプロジェクト全体のスムーズな進行をサポートします。LPE抽出のフィードバックにも迅速に対応し、効率的なレイアウト設計を進めます。
レイアウト検証
当社独自のレイアウト検証に加えて、汎用チェックリストを使用した検証も実施しています。また、ツールを活用した機械的なレイアウトチェックを推進し、品質向上に努めています。必要に応じて補助ルールファイルや目視チェックを軽減するDRCルールを作成し、検証作業を効率化します。
設計レビュー(社内・顧客)
中間レビューや定例会を通じて、レイアウト状況を定期的に確認し、適宜報告・確認を行います。これにより、大きなフィードバックを回避し、スムーズにプロジェクトを進めます。QAやAI管理も当社で実施し、お客さまの負担を軽減します。
納品
業界標準のツールを使用して、レイアウトデータ(GDS/OADB)を納品します。また、お客さまのニーズに応じたレイアウト設計報告書を作成し、プロジェクトの成果を明確に報告します。
LSI設計業務の紹介
LSI設計/半導体設計
三栄ハイテックスで働くLSI設計エンジニア
三栄ハイテックスの取り組み
LSIの機能や性能は日々進化し続けています。そのような先端デバイスの設計・開発に対応するため、三栄ハイテックスでは充実した教育体制で、専門分野に限らずシステム全体を俯瞰できる幅広い技術を持ったエンジニアを育成します。