🔄 PDKの世代と互換性
🔄 PDK Generations and Compatibility
📘 概要｜Overview
PDK（Process Design Kit）は、特定の半導体プロセスに合わせた設計支援ファイル群です。
世代をまたぐ互換性や移行性、設計資産の再利用性は、実務でも教育でも極めて重要な観点です。
PDKs are design-support file packages tailored to specific semiconductor processes.
Compatibility across generations and reuse of design assets are critical in both practical design and education.
🏗️ PDKの基本構成とバージョン管理｜PDK Structure and Versioning
| 📦 項目｜Item | 📘 内容｜Description |
|---|---|
| デザインルール Design Rules (DRC) |
層間距離・配線幅・リソ制限など Spacing, width, lithographic rules |
| デバイスモデル Device Models |
SPICE用のMOS/BJT等の振る舞い Behavioral models for SPICE simulations |
| レイアウト構成 Layout Elements |
GDS層・マクロセル・ダミー定義 GDS layers, macros, dummy rules |
| 抽出ルール Extraction Rules (LPE) |
RC抽出用のパラメータセット Parasitic extraction models |
| シンボル／回路図 Symbols/Schematics |
Schematic entry対応ライブラリ Libraries for schematic tools |
| スクリプト群 Scripts |
DRC/LVS実行・Makefile・設定等 Verification scripts and flows |
- PDKは通常プロセスごとに個別設計され、EDAツールごとに最適化される
Each PDK is tailored to a specific process and optimized for the EDA toolchain. - Sky130では、
sky130A,sky130BなどGitベースでバージョン管理される例がある
Sky130 demonstrates Git-based versioning with multiple variants.
📈 プロセス世代ごとの差異｜PDK Differences Across Generations
| 🧭 世代｜Generation | 🧪 主な違い｜Key Differences | ⚠️ 設計注意点｜Design Considerations |
|---|---|---|
| 0.35–0.18µm | 単純構造・長チャネル設計 Simple, long-channel design |
手動設計中心、PDKも簡易 Manual layout, simplified PDKs |
| 0.13–90nm | 配線RC支配・寄生考慮 Interconnect-dominated delay |
RC抽出が性能に直結 Accuracy of extraction is critical |
| 65–28nm | 方位・DFM制限強化 Orientation rules, DFM limits |
レイアウト依存効果が増大 Layout-dependent effects dominate |
| FinFET世代 | 非平面構造・ゲート3D化 Non-planar, 3D gate structures |
モデル精度・寄生再評価必須 Modeling and parasitic precision required |
🔄 互換性と設計資産の再利用｜Compatibility & Reusability of Design Assets
❌ PDK間の完全互換は困難
Complete compatibility is difficult between PDKs
- レイアウトや回路図は層構成・ピン配置・命名規則に依存
Layouts and schematics depend heavily on PDK-specific conventions - 寄生抽出モデルやスケーリングルールも異なる
Parasitic models and scaling behavior vary across generations
✅ 再利用可能な設計資産
Reusable assets across PDKs
| 再利用対象 | 内容 |
|---|---|
| RTL / Verilog / SystemC | プロセス非依存な機能設計コード |
| テストベンチ / シミュレーション環境 | SPICEモデルを入れ替えることで再利用可能 |
| フロアプラン案 / ネーミングルール | 柔軟性が高い設計資産として流用可能 |
🧪 教育・研究での応用：Sky130の例｜Educational Use Case: Sky130
sky130AはOSSベースPDKの代表例
sky130A is a representative open-source PDK
| 特徴 | 内容 |
|---|---|
| ツール連携 | Magic, Xschem, ngspice, OpenROAD などに対応 |
| 学習用途 | 半導体教育・研究に最適。プロセス理解を深める教材構成 |
| 拡張性 | Sky90, Sky65 などの世代追加が期待されている |
🎯 教材的意義｜Educational Significance
- PDK互換性と設計依存性を理解することで、設計資産の限界と活用可能性を判断できる
Understanding PDK compatibility clarifies the limits and potential of design reuse. - プロセス進化と物理制約の関係を可視化できる
Clarifies the correlation between process scaling and physical constraints. - Sky130などのOSS PDKを活用することで、教育実験における柔軟性を確保できる
Open PDKs like Sky130 offer flexibility in hands-on learning environments.
🔗 関連資料｜Related Materials
pdk_structure.md：PDKの基本構成とファイル群
Structure and components of a PDKeda_toolchain.md：EDAツールとの接続構成
EDA tool integration with PDKsrule_check_flow.md：設計検証フロー（DRC/LVS/ERC）
Design verification flow
🛠️ 応用編 第6章：PDKとEDA環境｜PDK and EDA Environment
© 2025 Shinichi Samizo / MIT License