📦 PDKの構成とデバイスモデル
📦 Structure of PDK and Device Models
📘 概要｜Overview
PDK（Process Design Kit） は、ある半導体プロセスに対して回路設計を可能にするための、
設計ルール・デバイスモデル・ライブラリの統合パッケージです。
本資料では、PDKの構成要素を分類し、その設計上の役割と実務上の重要性を解説します。
A Process Design Kit (PDK) is an integrated package consisting of design rules, device models, and libraries, enabling circuit design for a specific semiconductor process.
This document categorizes PDK components and explains their design roles and practical importance.
🧱 PDKの主な構成要素｜Key Components of a PDK
| 🧩 構成要素｜Component | 📘 内容｜Description | 🔧 使用フェーズ｜Design Phase |
|---|---|---|
| デザインルール Design Rules |
配線幅、層構成、層間距離など Geometry rules (width, spacing, layers) |
レイアウト、DRC Layout, DRC |
| スパイスモデル SPICE Models |
トランジスタの動作記述（BSIM等） Device behavior models |
シミュレーション Simulation |
| レイアウトビュー Layout Views |
GDS、LEF等の物理情報 Physical cell representations |
P&R、DRC/LVS |
| シンボルライブラリ Schematic Symbols |
回路図入力用の記号ライブラリ Symbols for schematic editors |
スケマティック設計 Schematic design |
| シミュレーションパラメータ Sim Params |
温度・OP条件など補助ファイル Operating point, temperature effects |
SPICE解析 SPICE analysis |
| DRC/LVSルール DRC/LVS Rules |
検証ルール（形式：Calibre, ICV等） Physical verification rules |
物理検証 Verification |
| テクノロジーファイル Tech Files |
層構成・色分け・ビア情報など Layer map, via structure, color map |
ビューワ、レイアウト Viewer, layout editing |
🧪 デバイスモデルの位置づけ｜Role of Device Models
🧩 モデルの種類｜Model Types
- Level 1–7：古典的MOSモデル（学習向け）
Classic MOS models used in education - BSIM3 / BSIM4：実用的CMOSモデル（主に0.35μm以降）
Mainstream practical models for modern CMOS - PSP, HiSIM：65nm以下の先端ノード向けモデル
Advanced models for sub-65nm nodes
📐 モデルに含まれる要素｜What Models Include
- 寸法依存性（L, W）
Length/width scaling - 温度依存性、バラツキ（コーナー）
Temperature and corner models - ノイズ、寄生、短チャネル効果
Noise, parasitics, short-channel effects
🌐 PDKの入手例｜Examples of PDKs
| 🏷️ PDK名｜PDK Name | 🏢 提供元｜Provider | 🔍 特徴｜Features |
|---|---|---|
| Sky130 | Google + Efabless | OSS対応、教育利用に適す Open-source, ideal for education |
| TSMC 65nm | 商用｜Commercial | NDA必須、豊富なAMSマクロ NDA required, full AMS support |
| GF 22FDX | GlobalFoundries | FDSOIプロセス、低消費電力向け FDSOI-based, low-power optimized |
🧰 教材的意義｜Educational Significance
- 回路設計はPDKに強く依存するため、PDK構造の理解が設計自由度を決定する
Understanding the PDK structure enables greater design flexibility - モデル／ルールファイルの中身を知ることで、不具合の根本原因に到達しやすくなる
Interpreting models and rules helps in effective debugging - PDKはプロセス技術の言語化された設計仕様と捉えるべき
A PDK is the “encoded design language” of a process
🔗 関連資料｜Related Materials
▶️ eda_toolchain.md：EDAツールとの接続構成へ
Connection between EDA tools and PDK
🛠️ 応用編 第6章：PDKとEDA環境｜PDK and EDA Environment
© 2025 Shinichi Samizo / MIT License