ASIC 의 필요성 , 구현 방법

PD99-0514-002 ASIC의 필요성, 구현 방법 1999. 5. 19. 중소기업기술진흥본부 ASIC 지원센터 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

1. ASIC(주문형반도체)이란? ▶ 협의의 ASIC ① 단일 사용자의 특정 용도 ② 사용자 요구 규격에 따라 기능 설계 ▶ 광의의 ASIC ① 협의의 ASIC 포함 ② 다수 사용자(ASSP) : 시스템 용도에 따라 기능 설계 ③ 혹자는 메모리 대 비메모리(ASIC) 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

2. 약어 ▶ ADA : ASIC Design company Association ▶ ASIC : Application Specific Integrated Circuit ▶ ASSP : Application Specific Standard Product ▶ ATPG : Automatic Test Pattern Generation ▶ ESDA : Electronic System Design Automation ▶ FPGA : Field Programmable Gate Array ▶ IP : Intellectual Property ▶ MP3 : MPEG I Layer 3 ▶ MSM : Mobile Station Modem ▶ NRE : Non-Recurring Engineering ▶ PLD : Programmable Logic Device ▶ PCB : Printed Circuit Board ▶ SOC : System-On-a-Chip ▶ (V)HDL : (Very high speed IC) Hardware Description Language ▶ (U)VLSI : (Ultra) Very Large Scale Integrated Circuit 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

3. ASIC의 장단점 ▶제품의 경박단소화 (고집적화, 소형 경량화, 성능 향상) ▶저전력화, 시스템 기술보호 ▶ 부품 수급난 해소, 경쟁력 강화 ▶ 설계시간 단축 : HDL 및 FPGA를 이용한 시스템 설계 ▶ 원가절감 : 비용, SOC, 생산성 향상 ▶ 신뢰성 향상 : 부품의 최적화, 공정의 단순화, 자동화 ▶ 기능의 복합화에 대처 ▶ 고성능에 작고, 가볍게 제품을 만드는 유일한 방안 ▷ 초기개발 비용 비쌈(NRE비용) ▷ 설계 실패 부담감 과중(비용, Time-To-Market지연 등) ▷ 목표 변경에 따른 수정 어렵고, 수량이 적을 시 가격 고가 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

4. ASIC의 분류 구 분 면적 성능 NRE 비용 칩당제작비 개발기간 초고가 고 저속 중속 없음 보통 매우 큼 큼 단기 중기 PLD Gate Array Semi- Custom 보통 작음 중고속 고속 고가 초고가 중 저 중장기 장기 Standard Cell Full-Custom 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

5. 시스템 설계시 ASIC 선정 방법 선 정 기 준 구분 ▶시제품 개발, 소량 생산, 동작속도 및 소비전력 무관 ▶규모가 비교적 작고, 개발 시간의 여유가 없을 경우 PLD ▶소량 연속 사용,개발기간 및 Life-Cycle이 짧은 제품 ▶개발비 부담이 적고, 소비전력에 규제가 없는 경우 Gate Array ▶ 5천개 이상 꾸준히 사용되고, 안정적인 시스템 ▶크기 및 전력 문제가 있고, 국제 경쟁력이 있는 제품 Standard Cell ▶Life-Cycle이 길고, 3년 이상 양산에 5만개 이상 ▶STD보다 더 싸게 다량 사용하는 제품 (TV, 전화기 등) ▶크기 및 전력 등 모든 문제가 해결이 필요한 제품 Full-Custom 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

6. ASIC 설계 용역 방법 전 달 내 용 구분 ▶ 사용자의 다양한 주문에 따라 시스템 규격 결정 ▶ 상위 수준의 사양 설계 및 알고리즘 설계부터 시작 Level 0 ▶ 사용자가 일정한 규격을 제공 ▶ 상위 수준부터 설계 해 달라고 요구하는 경우 Level 1 ▶ 사용자가 기본 논리 회로 설계 ▶ 설계된 논리 회로 검증 및 Back-End작업 시작 Level 2 ▶ 사용자가 전반부 설계(Front-End) 완료 ▶ 후반부(Back-End) 설계만 요구하는 경우 Level 3 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

7. ASIC산업 육성 필요성(1) • 전자 제품의 경박 단소화 추세로 시스템이 One-Chip화 되고 있어 • ASIC은 제품의 기초 산업이고, 국내외적으로 급성장하고 있음 • ASIC 산업은 메모리와 같은 대량 생산 방식이 아닌 다품종 • 소량 생산 방식으로 창의적인 벤처 및 중소기업 육성 • ASIC 산업의 시장은 선진국이 석권하고 있고, 우리나라는 메모리와 • 같은 성과를 거두지 못 하고 있음 •  범 부처적 ASIC 지원 사업에 힘입어, 설계 업체의 증가, 설계인력 • 양성, ASIC 관련 반도체기술 인프라 구축이 일어나고 있는 상태 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

7. ASIC 산업 육성 필요성(2) •  CDMA 단말기 예 (전자신문 ‘99.4.13.) • - 삼성 CDMA 휴대폰 핵심칩 양산 • - MSM 칩이 단말기 생산 원가의 20%이상 차지 • - ‘98년까지 약 3억불 로열티 지급, 약 9억불의 부품 구입비 • - 연간 4억 달러, 향후 5년간 20억 달러 이상 외화 절감 • - 2년간 270억원 연구개발비 투입, 25건 국내외 특허 출원 • - 독점 공급 업체인 퀄컴사 견제 • - 퀄컴사는 벌써 제5세대 칩을 개발 완료 • - 시스템온어칩(SOC) 할 수 있는 IP 확보 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

7. ASIC 산업 육성 필요성(3) • 팩스 모뎀 카드 예 • - 국내 모뎀 카드 제조 업체는 자네트 시스템 등 수십개사 • - 시장규모 : PC 시장의 90%로 연간 270만개 정도 • - 국내 제조 업체는 100% 외국 칩을 사용 • 국내 시장점유율 => Rockwell:40%, TI:40%, 기타:20% • - 평균 칩 셋 공급단가는 약15$로 보드 가격의 50% 이상 차지 • MP3 Player 예 • - 세계 최초로 MP3 Player 개발 • - MP3 디코더 칩은 100% 외국산, 플래시 메모리는 국산 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

FPGA Product ASIC Product PCB Design Digital Algorithm Analog Algorithm Special Algorithm HDL Simulation S/W & H/W Model Synthesis & Simulation Vendor Library Layout & Post Simulation Analog Simulation 8. ASIC 개발 단계 System Spec ESDA Level Design Logic Simulation & Synthesis Layout & Post Simulation Physical Implementation System Integration Test System Verification 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

9. ASIC 구현 단계별 EDA 툴 •  ESDA Level Design • - 기능과 성능 및 입출력 신호 정의 • - SPW, COSSAP 등 •  기능 수준 설계 및 검증 • - 내부 기능 블록 구현 • - (V)HDL Coding & Simulator, Schematic Entry & Simulator 등 •  게이트 수준 설계 및 검증 • - 셀 라이브러리 및 공정 업체 선정 후 기술 매핑 • - (V)HDL Synthesizer & Timing Analyzer, ATPG, Fault Simulator 등 • Layout & Post Simulation • - 마스크 제작 데이터 생성 • - Place & Router, Min/Max Simulator, Analog Simulator 등 • Physical Implementation & Test • - ASIC/System Emulator 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

10. ASIC 제조 공정  Mask 제작 - 레이아웃 데이터로부터 마스크 패턴 생성 및 projection  Fabrication - 크리닝, 에칭 등의 단위 공정 수행 Chip Test  Package 조립 Package Test 최종 제품 양도 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

11. ASIC 테스트 테스트의 목적 - 설계의 정확성 및 기능 확인 - 반도체 제조 기술의 발달로 칩이 증가하여 테스트는 점점 어려워짐  테스트의 종류 - 기능 테스트 : 적당한 테스트 입력을 가하고 출력의 기대값 비교 => 복잡한 기능의 테스트로 테스트 장비 메모리의 한계 - DC 파라메터 테스트 : 표준 규격 조사 및 동작 실제값 측정 => 전압 인가 후 전류 측정, 혹은 전류 인가 후 전압 측정 - AC 파라메터 테스트 : 칩 상태에 대한 시간적인 관계 측정 => Propagation Delay 및 Set-up & Hold Time 조사 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

12. ASIC 기술의 시대적 발달 연대 60년대 70년대 80년대 90년대 2000년대 반도체 집적도 SSI SSI, MSI LSI, VLSI VLSI UVLSI ~수십개 ~ 수백개 수천~수만개 수만~수십만개 수백만~수천만개 프로세서 기억소자 TTL 4,8,16-bit uP, ECL 32-bit uP 64b uP, 16~32b DSP 복합 및 전용 uP 1K, 16K DRAM 64K DRAM 4M~256M DRAM 수 Giga DRAM 표준형 IC PC chip set ASIC용 core 멀티미디어용 표준형셀 초기기술 산업용 RISCuP, DSP등 각종 통신용 군수용, 산업용 사무용 비디오, 사운드 칩 복합 ASIC Gate Array 가정용 이동통신용 칩 (수백~수천만개) Standard Cell 멀티미디어 칩 IP Module 사무용 컴퓨터 칩 개인용 제품 가정용, 개인용 칩 ASIC기술 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

13. ASIC 기술 발전  ‘90년대 중반까지 - 로직 최적화 및 면적 최소화  ‘90년대 중반 이후 - 저전력 소비 - 초고속 성능 향상 (200MHz 이상) - Noise 문제 해결 - 수백만 게이트 및 I/O 핀 100개 이상 - SOC(고집적도와 빠른 설계 사이클 실현) - 회로선 폭의 미세화 (0.18um 이하) - 테스트를 고려한 설계 기술 - Analog/Digital 혼성 설계 기술 - 다양하고 특별한 응용 분야 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

14. ASIC 관련 산업의 특성 -시스템 회사의 ASIC (시스템 제품 중심으로 자체 개발) -소규모 인력과 설계 장비(수천만~ 수억원) -시스템 제품의 독창성 유지(ASIC 대량 매출 안함) -시스템 설계를 먼저하며 표준이나 규격 선도 - 표준형 EDA 툴 사용(후반부설계부터는 용역) - ASIC설계 및 제조회사와 협력하여 ASSP자체 제품 개발 시스템 ASIC 설계회사 - ASIC 설계 및 ASSP 개발 (핵심 기술 및 인력 중심) -전문분야 설계를 위해서 고급인력 및 고급설계 툴 필요(수억~수십억) -수명의 단순 ASIC 설계회사부터 ASSP를 제품으로 하는 대형 전문회사 -IP를 많이 보유하며, 표준형 CAD 툴 및 제조회사 툴 사용 - ASIC 제조회사와 시스템 회사와 긴밀한 협조 필요 ASIC 설계 전문회사 - ASIC 제작 (반도체 공정 설비 중심) - ASIC 공정 기술의 최적화 개발 - IC 제조설비에 대규모 투자 필요 (수천억원) -EDA 전문회사 툴 및 In-House 툴 사용 - 자체 ASSP 개발 판매/표준형 및 메모리 제조 겸업 - ASIC 설계 센터 보유/시스템 회사 및 설계 전문회사와 협력하여 신제품 개발 ASIC 제조회사 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

15. 한국 반도체 산업 현황 메모리 수출 강국 - 전체 생산량의 90% 이상 수출 (80% 메모리) - 전체 수요의 70% 정도 수입 (비메모리) 비메모리 산업 - 기술 모방의 한계로 거의 수입 의존 - 고부가 가치 창출의 원천인 ASIC 산업 육성  문제점 - 메모리 가격 폭락 ===> 전체 산업의 영향 - 선진국 수준으로 향상 (메모리 : 비메모리 ==> 40:60 정도) 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

16. 국내 ASIC 기술 현황 구분 세계적 수준 비교 ▶ 기본 라이브러리 I/O : 좋음 ▶ 디지털 혹은 아날로그 코어 : 약함 ▶ CPU/DSP등 프로세서 : 매우 약함 ▶ 메모리 관련 기술 좋으나 시스템 소프트웨어는 약함 설계 기술 ▶ 설계방법론 : 상용 툴 및 자체 개발 툴 사용, 평균 ▶ 설계 서비스 지원 : 해외 센터 이용, 약함 ▶ 시스템 지식 : 독창적인 기술 부족, 약함 설계 서비스 ▶ 해외 시장 : 0.35 um이하 ▶ 국내 시장 : 0.35 um이상 제작기술 ▶ 국내 : Minor (독창적인 시스템 설계 기술 부족) ▶ 해외 : Major (국제 경쟁력 필요) 시장성 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

17. ASIC 산업의 경쟁력 강화 대책 ASIC은 국내외적으로 성장산업으로 지식 집약적인 고부가 가치 산업이기 때문에 전문중소업체 육성과 창업 활성화를 위한 ASIC산업 기반 구축이 필요  ASIC 산업의 기초기술을 축적하고 전문인력을 양성  기술 개발 지원 강화 및 설계 마인드 확산 ASIC 설계 인프라 구축 지원  국제적으로 경쟁력 있는 부품 선정 및 지원 ASIC 업체간 기술 교류 및 정보 공유를 위한 토대 마련 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

18. ASIC 설계 관련 업체  ASIC 제조 회사(한국반도체산업협회) - Design-Kit 공급, 관련 라이브러리 공급 - 최근 ASIC에 관심이 많으며, Design House 운영 ASIC 설계 회사 (ADA : ASIC 설계회사 협회) - 국내 70여개 사로 추정되며, ASIC 설계 용역 및 ASSP 개발 - 각 사별 전문화하여 수익성 보장 필요 EDA Tool 회사 - 설계, 검증 및 테스트 소프트웨어 공급 - 직접 설계 컨설팅 지원 및 IP 사업도 병행  시스템 제조 업체 - ASIC화하려는 핵심기술의 부족 - 국제 경쟁력 있는 제품 선정 및 집중 지원 필요 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

19. ASIC 설계 지원 기관  ETRI ASIC 지원 센터(www.asic.net) - ASIC 설계 툴 및 시험 계측 장비 지원 - ASIC 설계 교육 및 창업 보육 지원, ASIC 공동 개발 사업 KETI 시스템IC연구센터(www.keti.re.kr) - 중소기업 ASIC 개발 및 ASIC 전문 인력 양성 - 설계 환경 개방 및 ASSP 개발  KAIST(부산대,광운대,한양대,전남대) 반도체설계교육센터(IDEC) - 반도체 분야 교육(공개강좌, 세미나, 교재발간 등) - MPW 칩 제작 사업(삼성전자, 현대전자, 아남반도체)  학교(서울대 반도체공동연구소, 연세대 ASIC연구소, 전문대학 등)  정부(정통부 ASIC개발사업, 산자부 시스템IC2010 사업, 과기부 비메모리 육성 등)  기타(대기업 ASIC사업부, 중소기업 및 EDA 툴 회사 ASIC 툴 교육 등) 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

강사 소개 박 장현 팀장  연락처 - 서울시 서초구 서초동 1595-3 유승빌딩 2층 ASIC지원센터 - 전화 : 02 -525-8044, 팩스: 02-525-8046, E-mail : jhpark@asic.net - ETRI ASIC 지원 센터 홈페이지 : http://www.asic.net 학력 - 1983.2. 서강대학교 전자공학과 공학사 - 1985.8. Asian Institute of Technology 컴퓨터공학과 공학석사 - 1997.8. 충남대학교 전자공학과 공학박사(전자 및 전산공학 전공)  경력 - 1985.12. 한국전자통신연구원 전전자교환기(TDX)개발단 - 1993.3. 한국전자통신연구원 이동통신(CDMA)개발단 - 1997.7. 한국전자통신연구원 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터 (현재) - 1999.2. ASIC설계회사협회(ADA) 감사(현재)  관심분야 - ASIC 설계 중소기업기술진흥본부 ASIC지원센터

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