半導体開発向け MATLAB および Simulink

MATLAB® および Simulink® で半導体デバイスの設計空間の探索とトップダウン設計を円滑にすることで、エンジニアは、モデル化手法と抽象度を組み合わせてマルチドメイン システムの記述、解析、シミュレーション、検証を共同で行うことができます。たとえば、ドメインには、アナログ、デジタル、RF、ソフトウェア、および熱などがあり、抽象度はトランジスタレベルからアルゴリズムレベルまでさまざまです。

MATLAB や Simulink で定義されたシステムモデル、検証環境、テストケースは、いくつかの方法で EDA ツールで再利用できます。たとえば、コシミュレーションや、モデル、テストベンチ、テストベクトルのエクスポート、C コードおよび HDL コードの生成などがあります。このような方法によって、システムの設計、検証、実装のワークフローが統合され、エンジニアは設計の反復を大幅に短縮でき、プロジェクト スケジュールの遅延リスクを軽減できます。また、仕様と設計の変更の継続的インテグレーションが可能です。

「MathWorks のツールを使用して、最良のアルゴリズムを見つけることができました。モデルは回路シミュレーターよりもはるかに高速に実行できるため、実装の問題点を早期に特定し、市場投入までの時間を短縮することができました。」

Cory Voisine, Allegro MicroSystems

半導体開発向け MATLAB および Simulink の使用

デジタル設計

無線、ビジョン、信号処理といったアルゴリズムのほか、豊富な数学関数や三角関数、複雑な状態制御ロジックを使用して、デジタルシステムのモデル化やシミュレーションを行います。精度とシミュレーション速度の適切なトレードオフを可能にする抽象度を使用してモデルを構築します。この設計空間の迅速な探索によって、システムアーキテクチャと量子化に関する適切な選択を行うことができます。また、既存の Verilog®、VHDL®、C/C++ モデルをインポートできるため、継続的インテグレーションが可能です。

MATLAB および Simulink を使用して、システムオンチップ (SoC) のハードウェア/ソフトウェアの協調設計やシミュレーションを行います。この際、SoC アーキテクチャだけでなく、タスクの実行や OS の影響も考慮します。この方法によって、製品開発プロセスの極めて早期の段階で、ソフトウェアの性能とハードウェア使用率の高忠実度の解析が可能になります。


デルタシグマ変調器搭載フラクショナル -N PLL。

VCO の位相ノイズプロファイル。

アナログおよびミックスドシグナル設計

MATLAB および Simulink を使用してアナログ、デジタル、ソフトウェア、RF コンポーネントを組み合わせてシミュレーションし、設計において多数ある選択肢の評価を加速して、システムの性能を最適化します。

ADCPLL電力コンバーターSerDes などのアナログおよびミックスドシグナル コンポーネントを設計および解析します。まず、MathWorks® の参照モデルやライブラリから開始します。システムレベルでは、アーキテクチャ上のトレードオフを迅速に探索し、物理的な障害 (位相ノイズ、ジッター、非線形性、リーク、タイミングの誤差など) の影響を評価して、さまざまな条件とシナリオでの回路の挙動を検証します。

Cadence® Virtuoso® AMS Designer および Cadence® PSpice® などの IC および PCB 設計環境で、MATLAB および Simulink モデルとテストベンチを再利用します。実装プロセスを加速し、システム エンジニアリングと ASIC 設計を橋渡しします。


RF IC およびシステム設計

S パラメーター、データシート仕様、物理的なプロパティといった測定データを使用して、RF システムの設計、解析、シミュレーションを行います。RFIC トランシーバーのモデルを構築し、デジタル信号処理アルゴリズムや制御ロジックと統合して、自動ゲイン制御 (AGC) やデジタル プリディストーション (DPD)、調整可能なマッチング ネットワークなどの適応アーキテクチャを正確にシミュレートします。RF フロントエンドとアンテナアレイを統合して、近傍界と遠方界のカップリングを考慮した ビームフォーミング アーキテクチャをモデル化します。

MATLAB および Simulink を使用して、さまざまな抽象度の RF システムをモデル化できます。回路エンベロープ シミュレーションでは、任意のトポロジのネットワークについて、忠実度の高いマルチキャリア シミュレーションを実行できます。ハーモニックバランス解析では、ゲインと 2 次および 3 次インターセプト ポイント (IP2 および IP3) に対する非線形性の影響を計算します。Equivalent Baseband ライブラリを使用することで、迅速な離散時間のシミュレーションにより、シングルキャリアのカスケードされた RF システムの性能を検証することができます。

また、MATLAB には、LTE5GWLAN、Bluetooth 規格に準拠した関数やアプリのほか、各種通信システムのモデル化、シミュレーション、検証のための参照例が用意されています。エンドツーエンドの通信リンクの設定、シミュレーション、測定、解析ができます。また、適合性テストベンチを作成および再利用することで、設計、プロトタイプ、実装が RF 規格に準拠しているかどうかを検証することもできます。


バッテリー マネジメント システム

バッテリー マネジメント システム (BMS) は、さまざまな充放電や環境条件下での安全な運転、性能、バッテリーの寿命を管理します。Simulink のモデル化およびシミュレーション機能によって、BMS 開発が可能になります。この開発には、単セルの等価回路の定式化およびパラメーター化、電子回路設計、制御ロジック、自動コード生成、検証および妥当性確認などが含まれます。

さらに、システムやマイクロコントローラーのラピッド プロトタイピング用に Simulink モデルから C コードや HDL を生成することもできます。そのため、HIL (ハードウェアインザループ) テストのリアルタイム シミュレーションを実行し、ハードウェア実装前にアルゴリズムの妥当性を確認できます。


検証

MATLAB および Simulink モデルを体系的に検証し、検証環境、テストケース、形式的なプロパティを定義します。回帰ツールおよび形式エンジンが提供されているため、設計フローの早期にバグを検出できます。検証結果を定量化するために、カバレッジ測定および要件トレーサビリティ ツールが用意されています。

システムモデル、検証環境、およびテストケースを SystemVerilog DPI-C または UVM コンポーネントとしてエクスポートし、EDA シミュレーションでのドライバー、チェッカー、または参照モデルとして再利用します。また、コシミュレーションを使用して、MATLAB および Simulink モデルを HDL または SPICE 表現と比較することもできます。


RTL 実装

コーディングよりもアルゴリズムのハードウェア アーキテクチャの最適化を重視: デジタルシステムのモデルを段階的に調整して検証し、RTL コードに変換します。アルゴリズムのハードウェア アーキテクチャの機能を検証した後に、コードを自動生成して、意図したとおりに適切に実装されていることを確認します。ハンドコーディングと比較して、このワークフローではアーキテクチャ上のさまざまなオプションをさらに高速に探索できるだけではなく、全体のプロセスにおいて変更を迅速に適用できるようになります。


半導体製造

歩留まりは、半導体の作業全体において最も重要な要素です。MATLAB および Simulink では、ディープラーニングや予知保全、画像処理などの技術を使用して、システムの開発、統合、展開を行うことができます。これらのシステムにより、半導体プロセス制御の強化による生産歩留まりの向上、障害検出機能付きフォトリソグラフィ システムの導入によるメンテナンス負荷の最小化、装置の残存耐用時間の推定による装置の信頼性向上を実現します。


半導体テスト

MATLAB を使用して半導体のベンチテストを行います。MATLAB では、計器ドライバーやテキストベースのコマンドを使用して、試験装置と直接通信できます。MATLAB で生成された波形は、テスト対象設計 (DUT) へのスティミュラスとして計器に送信できます。または、DUT からの測定データを計器で取り込み、MATLAB に送信して、後処理、解析、可視化を行うこともできます。また、LXI、PXI、AXIe 規格に基づき、テストの自動化、ハードウェア設計の検証、テストシステムの構築を行うこともできます。