디지털 레이아웃 설계의 첫 단계는 바로 플로어플래닝(Floorplanning)입니다. 이는 칩 설계의 전체 공간을 기능 블록 단위로 나누고, 각 블록이 차지할 영역과 위치를 계획하는 과정입니다. 플로어플래닝은 물리적 배치 전략의 출발점이자, 배선 품질과 성능을 좌우하는 핵심 단계입니다.
이번 글에서는 플로어플래닝의 개념부터, 이를 수행할 때 고려해야 할 주요 요소, 그리고 실무에서 자주 쓰이는 배치 전략들을 심층적으로 정리합니다.
1. 플로어플래닝이란?
플로어플래닝(Floorplanning)은 회로 블록의 위치, 크기, 방향, 상호 관계 등을 정하는 칩 설계의 초기 물리 배치 과정입니다. 이 단계에서의 결정은 전체 칩의 다음 요소에 직접적인 영향을 줍니다:
- 배선 길이와 밀도
- 전력 분배 구조(PDN: Power Delivery Network)
- 클럭 트리 구조
- 타이밍 경로 길이 및 경로 수
- IR Drop 및 열 분산(Thermal Distribution)
즉, 잘 설계된 플로어플랜은 후속 공정에서의 복잡도를 크게 줄이며, 칩 성능과 면적 효율을 극대화할 수 있게 합니다.
2. 플로어플래닝의 주요 요소
플로어플래닝에서 반드시 고려되어야 할 핵심 요소는 다음과 같습니다:
- 핀이 배치되는 외곽(I/O Pad Ring): 패키지와의 연결 위치
- 매크로 블록(Macro Block)의 위치: SRAM, PLL, IO, Analog IP 등
- 표준 셀 영역(Standard Cell Region): 일반 논리 셀들이 배치될 범위
- 전원 네트워크(PDN): 각 블록에 안정적인 전력 공급
- 클럭 소스 및 경로: 클럭 트리 설계와의 연계
이러한 요소들을 기반으로 설계자는 전체 칩의 구조적 윤곽을 형성합니다.
3. 실무에서 자주 쓰이는 배치 전략
현업에서는 설계 블록의 특성과 타이밍 요건에 따라 다음과 같은 전략들이 활용됩니다:
- Corner Placement: 열이 많이 발생하는 IP(예: PLL, IO)를 칩 구석에 배치해 열 분산
- Symmetric Placement: 양쪽에 동일한 IP가 있을 경우 대칭 구조로 배치해 신호 경로 및 전력 흐름 균형
- Central Clock Distribution: 클럭 소스를 중앙에 배치해 균일한 CTS 구조 구성
- Flyline 기반 배치(Flyline View): 초기 넷 연결을 기반으로 블록 간의 거리와 위치를 결정하는 방식
플로어플래닝의 배치는 기능적 연계성과 물리적 효율성을 동시에 고려해야 하며, 때로는 수동 조정(manual override)이 필요한 경우도 많습니다.
4. 플로어플래닝 이후 주요 검토 항목
초기 배치를 완료하면 다음과 같은 검토 항목을 반드시 체크해야 합니다:
- Aspect Ratio 확인: 배치된 다이의 가로:세로 비율이 공정 및 패키징에 적합한지
- Congestion Map 분석: 특정 영역에 배선이 몰리지 않는지 확인
- Power Grid 설계: 충분한 metal layer와 굵기 확보 여부
- Clock Route Feasibility: 클럭 트리 분포가 가능한 구조인지
- Timing Feasibility: 주요 타이밍 경로 길이 및 블록 간 거리 확인
한 줄 요약
"플로어플래닝은 칩 설계의 지도이며, 성능과 효율을 결정짓는 물리 설계의 시작점이다."
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👉 [Chapter1. Digital Layout] 배치(Placement) 단계의 자동화와 수동 조정 전략
표준 셀의 실제 위치를 결정하는 Placement 단계에서 어떤 알고리즘과 제약이 사용되는지, 그리고 설계자가 수동 개입해야 할 포인트들을 소개합니다.