HBM4를 지원하는 EDA 툴 및 설계 자동화 최신 동향

목차

1. 고속 인터페이스 시대, 설계 자동화가 필요한 이유

2. HBM4 대응을 위한 주요 EDA 영역

3. Cadence의 HBM4 지원 전략 – Integrity 3D-IC 플랫폼

4. Synopsys의 HBM4 대응 – Fusion Compiler 및 DSO.ai 기반

5. Siemens EDA – 3D 패키징 및 열/신호 해석 전문

6. Ansys – 다물리 기반 시뮬레이션을 통한 설계 정확도 강화

7. 설계 자동화의 최신 동향 – AI + IP + Cloud 기반

 

1. 고속 인터페이스 시대, 설계 자동화가 필요한 이유

HBM4(High Bandwidth Memory Gen4)는 1.2TB/s 이상 대역폭, 수천 개의 병렬 I/O 라인, 12~16단의 3D DRAM 스택 구조를 가지며, 초고속 고집적 패키지에서 동작한다.

이러한 메모리를 활용한 시스템은 일반적인 SoC 설계와 달리, TSV, 인터포저, 신호 무결성(SI), 전력 무결성(PI), 열 해석 등 복합 변수를 동시에 고려해야 한다.

 

HBM4를 지원하는 EDA

 

따라서 HBM4 기반의 반도체를 개발하려면 수동 설계 방식으로는 한계가 있으며, EDA(Electronic Design Automation) 툴의 활용이 사실상 필수적이다.

2. HBM4 대응을 위한 주요 EDA 영역

HBM4를 설계하고 검증하기 위해 활용되는 EDA 도구는 단순 회로 설계를 넘어서 System-Level 통합 플랫폼으로 진화하고 있다.

핵심 자동화 설계 분야:

• IC 설계 및 배치 배선 (Place & Route)
• 3D IC/TSV 시뮬레이션
• 인터포저 및 패키징 Layout
• SI/PI 해석 및 전자기장 시뮬레이션
• EDA 기반 열 해석 & DFM(제조 가능성 검증)
• HBM 인터페이스 프로토콜 및 PHY 검증

이처럼 HBM4 설계는 회로-배선-열-전력-패키지-신호를
통합적으로 다룰 수 있는 EDA 플랫폼 역량이 핵심이 된다.

3. Cadence의 HBM4 지원 전략 – Integrity 3D-IC 플랫폼

Cadence는 HBM4 설계 대응을 위해 Integrity 3D-IC 플랫폼을 출시하였다.
이는 SoC + 인터포저 + HBM 스택을 하나의 통합 환경에서 설계할 수 있는 구조로, 다양한 2.5D/3D IC 시나리오를 지원한다.

주요 특징:

• HBM PHY/Controller IP 내장
• TSV 경로 최적화 및 전자기장 기반 해석 가능
• Clarity 3D Solver, Celsius Thermal Solver 연동
• IR Drop, 열분포, 신호 경로를 한 눈에 확인
• EDA 기반 DFM 및 Co-Design Workflow 지원

Cadence의 장점은 통합된 패키징 설계 경험과 TSMC CoWoS, Intel Foveros 등 주요 공정과의 협력 레퍼런스를 다수 확보하고 있다는 점이다.

4. Synopsys의 HBM4 대응 – Fusion Compiler 및 DSO.ai 기반

Synopsys는 고성능 반도체 설계를 위한 Fusion Compiler 플랫폼과 AI 기반 설계 자동화 시스템인 DSO.ai를 통해 HBM4에 최적화된 워크플로우를 제공한다.

Fusion Compiler의 HBM4 기능:

• HBM PHY 자동 배치 & 배선 지원
• 인터포저 설계에 최적화된 Layer Stack 구성
• LVS/DRC 체크 자동화 및 Package-aware Design
• DSO.ai 기반 설계 공간 탐색 자동화

IP 측면:

• HBM3, HBM4 컨트롤러 및 PHY IP 지원
• JEDEC 규격 및 TSMC/Samsung 공정에 대응
• High-speed 시뮬레이션 및 통합 검증 가능

Synopsys의 강점은 AI 기반 설계 시간 단축(Day to Hour)과 신뢰성 높은 HBM IP 포트폴리오를 보유한 점이다.

5. Siemens EDA – 3D 패키징 및 열/신호 해석 전문

Siemens는 기존 Mentor Graphics를 인수한 이후, 패키징/해석 중심의 EDA 기능을 강화하며 HBM 설계 솔루션을 제공하고 있다.

주요 툴:

• Xpedition Substrate Integrator
  • 인터포저 + HBM + SoC를 통합 배선 설계
• HyperLynx
  • 고속 신호 해석 (SI/PI) 및 DDR/HBM 인터페이스 시뮬레이션
• Simcenter Flotherm
  • 3D 스택 구조의 열 시뮬레이션 및 냉각 구조 설계

Siemens는 특히 열관리, EMI/EMC 대응, 전력 노이즈 분석 등에서 HBM을 포함한 시스템 수준의 성능 최적화 도구로 주목받고 있다.

6. Ansys – 다물리 기반 시뮬레이션을 통한 설계 정확도 강화

Ansys는 전통적으로 열 해석, 전자기장 해석에 강점을 가진 업체로, HBM4 관련 설계에서도 Co-Design 분야에서 널리 사용된다.

대표 솔루션:

• Ansys RedHawk-SC:
  • 전력 무결성, 전류 밀도, EM 분석 등
• Ansys SIwave:
  • HBM 인터페이스의 SI/PI 시뮬레이션
• Ansys Icepak / HFSS:
  • 열 및 전자기장 해석 (3D 구조 지원)

Ansys는 특히 TSV 주변의 열 집중 영역을
정확히 예측하고 최적화하는 기능에 특화되어 있으며, CoWoS, Foveros와 같은 2.5D/3D 구조에서도
다물리 해석 정확도가 높은 편이다.

7. 설계 자동화의 최신 동향 – AI + IP + Cloud 기반

최근 HBM4 설계에서는 다음과 같은 자동화 트렌드가 급속히 확산되고 있다.

① AI 기반 자동화 (Generative EDA)

• DSO.ai (Synopsys), Cerebrus (Cadence)
• 복잡한 레이아웃, TSV 배치, 열경로 자동 제안
• 설계 시간 단축 + 수율 향상

② IP 기반 설계 재활용

• HBM PHY IP, 인터페이스 IP의 블록화
• JEDEC 표준 + 실리콘 검증된 IP 사용
• 설계 검증 리스크 및 시간 최소화

③ 클라우드 기반 설계 환경

• AWS, Azure 기반의 EDA 설계 시뮬레이션
• 대규모 병렬 컴퓨팅으로 TSV/SI/PI 해석 가속화
• TSMC/삼성 파운드리와 연계된 Co-Design 협업 지원

요약하면, 설계 자동화는 이제 단순 툴이 아니라 AI + IP + Cloud + Simulation의 융합 플랫폼으로 진화 중이다.

맺음말 – HBM4 시대, 설계 자동화는 선택이 아닌 필수

HBM4는 단일 IC 설계로는 절대 해결할 수 없는, 복합 시스템 수준의 설계가 요구되는 초고속 메모리 기술이다.

EDA 툴의 발전 없이는 HBM4의 전력 효율, 신호 안정성, 수율, 제조 가능성 등 어떠한 요소도 보장받을 수 없다.

따라서, HBM4를 성공적으로 도입하고 양산하기 위해서는 EDA 중심의 자동화 설계 전략을 빠르게 내재화하는 것이 기업 경쟁력의 핵심이 된다.

 

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