ASIC과 Layout(레이아웃)

안녕하세요 ASIC에 대해 간단히 설명드리고 몇 가지 Layout에 대해 말씀드리겠습니다.

ASIC은 주문형 반도체를 의미합니다. 이 말은 즉, 어떤 제품만을 위해 사용할 수 있도록 설계 된 반도체칩을 의미합니다.

이와 반대되는 용어로는 스탠다드(Standard)칩이 있는데요. 이것은 말 그대로 범용적으로 사용될 수 있는 반도체 칩을 의미합니다.

이러한 ASIC은 특정 제품만을 위한 칩이기 때문에 설계 시 요구되는 규칙이 다양합니다. 따라서 요구에 맞게 설계하는 것이 중요합니다.

예를 들어, 메탈 간의 간격은 어느정도로 설계해야 하는지, 혹은 Well은 어느정도의 사이즈여야 하는 지 등이 있습니다.

우리가 사용하는 전자 제품 안에 탑재된 반도체 칩은 수 많은 트랜지스터로 구성되어 있습니다. 이 트랜지스터들로 회로를 꾸며 작동을 하게 합니다.

구체적으로는 AND, OR, NOT이 있겠습니다. 요러한 논리게이트들을 잘 꾸며서 회로를 설계하는 것입니다.

이번 포스팅을 시작으로 마지막에는 '계산기'를 만들어 보겠습니다. 이러한 계산기들이 엄청 많이 모여 엄청난 양의 연산을 처리한다면 현재 우리가 사용하는 컴퓨터나 스마트폰에 들어가는 칩이 되는 것입니다.

먼저 NOT(inverter) 논리게이트의 Schematic 설계를 보여드리겠습니다.

사진이 허접하더라도 이해 부탁드립니다.. ㅎ

위의 회로를 간단히 설명드리겠습니다. 아시는 분은 아래로 스크롤을 내려주세요.

먼저 위의 트랜지스터는 PMOS입니다. 그리고 아래 있는 트랜지스터는 NMOS입니다.

그리고 PMOS는 VDD(5V로 가정)라는 전원과 연결 되어있으며, NMOS는 GND와 연결 되어 있습니다.

PMOS는 GATE 입력 신호가 0일 때 Channel이 On

NMOS는 GATE 입력 신호가 1일 때 Channel이 Off

입니다.

만약 입력(IN)에 1이 입력 된다고 생각해 보면

PMOS의 Channel은 Off 되는 반면, NMOS의 Chennel은 On이 됩니다.

따라서 PMOS의 VDD와 OUT Port 사이에는 Open(끊어진)것으로 인식 되고

NMOS와 연결된 GND와 OUT port는 연결되어

최종 OUT Port 출력은 GND(0V)가 되는 것이죠.

즉, 입력이 1일 때(5V) 출력은 0(0V)가 되는 것입니다.

이와 반대로 입력을 0으로 한다면 1(5V)이 출력 되겠죠?

다시 정리하자면 위의 회로는 NOT Gate(Inverter)처럼 작동하는 회로가 되는 것입니다.

위의 그림은 Inverter(NOT GATE)의 Layout 모습입니다.

파란색은 metal, 빨간색은 poly Si, 녹색은 N+, 주황색은 P+, 노란색은 N-Well, 갈색은 Contact라고 생각하고 보시면 될 것 같습니다.

위의 그림은 처음에 보셨던 Inverter Schematic 설계도와 같은 것입니다.

설명 드리자면, 맨 위의 metal은 VDD, 맨 아래의 metal은 GND에 연결 되어 있다고 가정합니다.

또한 P+과 N+을 가로지르는 poly Si로 입력 신호가 들어가고 그것은 P+와 P+사이의 Channel과 N+와 N+사이의 Chaennel에 영향을 줍니다.

따라서 처음에 설명 드렸던 것처럼 Channel이 On/Off가 되는 것이죠.

그리고 이러한 결과 값이 출력 Port로 나가게 됩니다.

다음 포스팅에서는 AND와 OR로 찾아 뵙겠습니다.