디지털 레이아웃에서 IO 셀(IO Cell)은 칩 외부와의 인터페이스를 담당하는 중요한 구성요소입니다. IO 셀은 전력 공급, 클럭 입력, 데이터 입출력 등의 기능을 수행하며, 설계의 안정성과 제조 공정의 신뢰성을 확보하기 위해 정해진 규칙에 따라 표준화된 방식으로 배치되어야 합니다.
이번 글에서는 IO 셀의 개념, 종류, 배치 규칙, 실무 배치 전략, 그리고 설계 툴을 활용한 자동화 방식까지 종합적으로 살펴보겠습니다.
1. IO 셀의 정의와 역할
IO 셀은 패키지와 내부 코어 회로 간의 인터페이스를 제공하는 셀로, 다음과 같은 기능을 수행합니다:
- Power IO: 전원/접지 공급 (VDD, VSS)
- Signal IO: 외부 신호 입력/출력
- Clock IO: 클럭 신호 수신
- ESD Protection: 정전기 방지 회로 내장
IO 셀은 단순한 신호 연결뿐만 아니라 전기적 보호와 신호 안정성 확보에도 중요한 역할을 합니다.
2. IO 셀의 종류와 배치 규칙
IO 셀은 기능에 따라 여러 종류로 나뉘며, 이들 각각은 특정한 순서와 간격을 두고 배치되어야 합니다.
주요 IO 셀 종류:
- Core IO (CI): 내부 로직과 연결되는 일반 신호용 셀
- Power IO (PI): 전원 공급용 IO, 보통 일정 간격으로 반복 배치
- Corner Cell: 다이 모서리 회로 안정성을 위한 셀
- Filler Cell: 레이아웃 빈 공간을 메워 DRC 위반 방지
배치 규칙:
- ESD 연속성 확보: IO 간 접속을 통해 ESD 보호망 형성
- 전원 IO 비율 규칙: 전체 IO 셀 중 일정 비율 이상 전원 IO 배치 필요
- Corner Cell 필수 배치: 레이아웃 4개 모서리에 반드시 삽입
3. 실무 IO 배치 전략
● IO Ring 구성
- IO 셀은 칩 외곽을 따라 ‘링(Ring)’ 형태로 배치됨
- Core Logic은 중앙에 위치하며, IO Ring과 전력망을 통해 연결됨
● Power IO 반복 배치
- ESD 및 전력 분산을 위해 일정 간격으로 Power IO 셀 배치
- 예: 매 5개의 Signal IO마다 1개의 Power IO 삽입
● Corner Cell 고려사항
- 다양한 공정 노드에서는 Corner Cell에 추가적인 Metal Fill, Dummy 구조가 필요할 수 있음
● Top/Bottom/Left/Right 방향별 분리
- IO Cell의 입출력 방향을 고려해 상하좌우로 분류하여 배치
4. 설계 툴을 활용한 IO 배치 자동화
대규모 설계에서는 IO 셀의 수가 수백 개 이상에 이를 수 있기 때문에, 대부분의 경우 EDA 툴을 통한 자동 배치 기능을 활용합니다.
- IO Planner (Cadence), IC Compiler2 (Synopsys) 등에서 IO Pin Specification을 정의 후 자동 배치
- CSV/DEF 파일로 IO 리스트 관리 및 Import 가능
- 자동 배치 후 수동 튜닝 필요: Power/ESD 규칙 확인, IO Pin 이름 위치 조정 등
한 줄 요약
"IO 셀 배치는 인터페이스 안정성과 공정 신뢰성을 확보하기 위한 레이아웃 설계의 첫 관문이다."
다음 글 예고
👉 [Chapter2] 아날로그 마스크 설계에서의 표준 셀 응용법