반도체 모델?

반도체 모델이 뭐야?

내가 팀의 교육 담당을 맡은 적이 있었다.

우리 팀을 신입 사원들에게 설명할 때마다 "우리 팀에서 하는 일은 이런저런 일이야."라고 설명해 줘도 알아듣지 못하는 사람들이 너무 많았다.

사실 이건 우리가 사용하는 언어의 한계라고 밖엔 생각이 안된다.

Model

영어로 모델은 무슨 뜻인가?

모델은 말 그대로 나 대신 옷을 입고 내가 그 옷을 입었을 때 어떨지 가늠해 보기 위해 있는 사람. 혹은 그 옷의 브랜드에서 옷이 매력적으로 보이게, 그래서 잘 팔리게 입어주는 사람이 있을 수 있겠다.

하지만, 모델이란 이 실물 세상에 존재하는 모든 것들의 모형, 본이라고 볼 수 있다.

예를 들었지만, 옷을 하나 만들더라도 본을 따서 만들고,

자동차도 제품 생산 전에 목업을 만들고,

잡지도 목업을 만들어서 편집장이 최종 확인을 하지 않던가?

악마는 프라다를 입는다 2006

집을 만들어도 설계 도면이 있고, 작은 모형도 만들고, 실제 크기의 모델 하우스를 짓는다.

이런 물리적 모델들 즉, 본을 뜨는 것 외에도 수학적 모델이 있다.

여러 물리, 화학, 전기전자공학에서 사용되는 수식들은 전부 세상의 이치를 파악하기 위해 만들어진 모델이다.

x라는 조건이 주어지면 이런저런 법칙에 의해 y라는 결과가 나온다는 그 수식들을 만드는 것이 수학적 모델이다.

히든 피겨스 2016

그 수학적 모델을 컴퓨터가 본격적으로 발전하기 이전에는 손으로 계산했고, 컴퓨터가 등장한 이후 수식은 컴퓨터로 계산할 수 있게 되었다.

하지만, 컴퓨터는 우리처럼 수학 기호를 이해하고 미분과 적분을 마음대로 계산할 수 없다.

컴퓨터는 스위치들의 조합일 뿐이다. (물론 아날로그 회로도 있지만, 결국 정보의 단위는 비트다.)

그 기계가 처리할 수 있는 정보는 0 아니면 1이다.

그렇다면 컴퓨터는 어떻게 수학 문제를 풀까?

매트랩의 함수들을 어떻게 이해하고 푼다는 말인가?

우리가 개념적으로 이해하는 수식들을 컴퓨터를 이용해 1과 0으로 풀기 위해 만든 것이 알고리즘이고 이것이 computational model(계산적 모델)이다.

소수점 아래 30번째 수는 정확하지 않겠지만, 유효 숫자 단위까지 계산할 수 있도록 하는 것 그것이 컴퓨터에서 처리하는 모델이다.

반도체를 만드는 과정은 크게 설계와 공정으로 나뉘고, 실제 마스크 혹은 레티클이 나오기 전까지는 그저 상상의 물건일 뿐이며 계산적 모델일 뿐이다.

이 모델들은 추상화 레벨(abstraction level)이 존재한다. 각 레벨에 따라 만든 목적이 다양하고 원하는 결과가 다양할 뿐.

이런 계산 모델들 만들고 시뮬레이션하고 결과 확인하고 문제가 있으면 다시 모델을 고쳐서 시뮬레이션해보고 결과를 확인하고의 반복이 반도체 설계 과정이다.

기본적으로는 EDA SW도 사람이 만들었기 때문에 전적으로 믿고 그냥 쓰지 말아야 한다.

다음은 모델의 추상화 레벨과 목적, 모델의 중요한 요소가 무엇인지 알아보자.