📦 SystemDK PoCマニュアル

SystemDK-Based PoC Manual for Physical Constraint Integration

📘 概要｜Overview

本マニュアルでは、System Design Kit（SystemDK）に基づく物理制約の統合設計と、
GAA（Gate-All-Around） / AMS（Analog-Mixed Signal） / MRAM（Magnetoresistive RAM） を統合する
チップレットPoC（概念実証）構成を体系的に解説します。

This manual systematically introduces a PoC structure based on the System Design Kit (SystemDK)
for physical constraint integration and chiplet-based heterogeneous design
with GAA, AMS, and MRAM functional blocks.

📊 構造図｜Block Diagram

SystemDK PoC Flowchart

📚 セクション構成｜Section Structure

節	ファイル名 / File	内容 / Description
1	`poc_1_motivation.md`	なぜSystemDKによるPoCが必要か？設計動機と狙い Why a PoC using SystemDK is needed: motivations & goals
2	`poc_2_systemdk_platform.md`	SystemDKのプラットフォーム概要と評価支援 SystemDK overview as a constraint-aware platform
3	`poc_3_block_spec.md`	GAA / AMS / MRAMブロックの仕様と構成定義 Node and block specifications for GAA, AMS, MRAM
4	`poc_4_constraint_profiles.md`	SI/PI・熱・応力・EMI/EMCの設計要件 Constraint profiles for SI/PI, thermal, stress, EMI/EMC
5	`poc_5_integration.md`	Chiplet統合における制約整合とレイアウト設計 Physical alignment and layout in chiplet integration
6	`poc_6_fem_analysis.md`	FEM・熱・電磁界・応力解析の事例 Examples of FEM, thermal, EM, and mechanical analysis
7	`poc_7_summary.md`	本PoCのまとめと教育的意義の整理 Summary and educational reflections on the PoC

🧾 DesignKitとは｜What Are DesignKits?

DesignKit	正式名称	対象階層	説明
BRDK	Board-Level Design Kit	評価ボード	PoC評価用PCB設計と実装制約（熱、電源、IR Dropなど）
IPDK	Interposer Design Kit	インターポーザ層	チップレット間接続層。TSV、RDL、応力吸収、EMI制御が中心
PKGDK	Package-Level Design Kit	PKG全体	PoP、マルチチップ、放熱構造、スタッキングなどの制約
SystemDK	System-Level Design Kit	システム統合階層	上記を統括し設計制約・FEM情報を一元管理・再利用可能にする

PoC評価における熱・応力・EMIなどのFEM解析結果をSystemDK設計に反映させるための技術ノート群です。
These technical notes summarize how FEM results (thermal, mechanical stress, EMI) are fed back into SystemDK design during PoC evaluation.

📄 fem_constraints.md

🔗 ➡️ 開く（Open fem_constraints.md）

SystemDK × FEM制約情報（熱・応力・EMI連携）の全体方針
Overview of how FEM constraints are integrated into SystemDK (thermal, stress, EMI coherence).

🧱 stress_map.md

🔗 ➡️ 開く（Open stress_map.md）

MRAMセルにおける熱-応力分布とSystemDK設計への反映
Stress concentration in MRAM cells from FEM and feedback into SystemDK DesignKit.

📡 emi_constraints.md

🔗 ➡️ 開く（Open emi_constraints.md）

EMI発生源とその抑制設計、PKGDK等への統合戦略
Sources of EMI, mitigation design, and integration strategies for SystemDK/PKGDK.

🔁 PoCDKによる実評価と制約抽出｜PoCDK Evaluation Flow

PoC設計の最終フェーズでは、実際のPoC評価ボードを用いた混載構成の動作検証と、
FEM解析による多物理場制約の抽出を行います。

In the final stage of the PoC, real board-level testing is combined with FEM-based analysis
to extract cross-domain physical constraints for SystemDK refinement.

✅ 実施内容（What to Perform）

項目	内容（日本語）	内容（英語）
FPGAでの動作検証	MRAM / AMS / SoCモジュールを評価ボード上に混載し、通信/制御を実機検証	Mixed integration on a PoC board with FPGA control, verifying actual interaction
FEM解析	熱・応力・EMI・IR dropの解析を行い、各構造の弱点を抽出	Conduct FEM analysis for thermal, mechanical, EMI, IR-drop to identify constraints
制約のDesignKit化	解析結果をBRDK/IPDK/PKGDKへ展開し、SystemDKに再統合	Feed constraint results into respective kits and unify via SystemDK

🔄 SystemDK PoC 全体フロー｜SystemDK PoC Full Process

graph TD
  A[① 全体アーキテクチャ設計<br>（PoC目的・ブロック接続定義）] --> B[② モジュール選定<br>（GAA / AMS / MRAM）]
  B --> C[③ FPGAベースのRTL設計<br>（Verilog記述）]
  C --> D[④ テストベンチ作成<br>（動作検証環境構築）]
  D --> E[⑤ PoC評価ボード設計<br>（FEM考慮の回路設計）]
  E --> F[⑥ 実装発注<br>（MRAM・AMS混載構成）]
  F --> G[⑦ 実ボード評価 + FEM解析<br>（熱・応力・EMI）]
  G --> H{⑧ SoC化の可否判断}
  H -->|Yes| I[⑨ SoC RTL設計<br>（統合アーキ）]
  I --> J[⑩ 物理設計フローへ移行<br>（P&R, DRC等）]
  J --> K[⑪ SystemDK構築<br>（BRDK / IPDK / PKGDK統合）]

  H -->|No| L[🔁 PoC段階で再評価・改善]

※この図は、PoCからSystemDK設計への段階的なフローを示しています。
This diagram illustrates the sequential flow from PoC to SystemDK integration.

📦 PoCDKからのDesignKit派生

DesignKit	抽出される主な情報（例）
BRDK	熱分布マップ、電源経路IR Drop、基板配線インピーダンス
IPDK (Interposer)	TSV構造、RDLパターン、層間応力、EMI拡散層
PKGDK	チップスタック放熱、ワイヤボンド応力、PKG内PI/SI制約
SystemDK	DK統合マップ、FEMフィードバック、設計履歴/トレードオフ記録

🧩 位置づけ｜Relation to Edusemi

このPoCマニュアルは、Edusemi-v4x 特別編第2a章 SystemDK教材 の一部として設計されています。

This PoC manual is part of the SystemDK module (Special Chapter 2a) within Edusemi-v4x,
providing a deeper implementation and hands-on practice based on the conceptual contents of:

f2a_8_chiplet_example_gaa_ams_mram.md

🎯 教育的意義｜Educational Value

SystemDKを活用したPoC設計の具体的ステップと構造理解
物理制約（SI/PI, 熱, 応力, EMI/EMC）の統合設計の実践的理解
異種ノード統合における設計トレードオフと現実性の認識
将来的なAI連携・自動化設計の土台となる教材構成
Understand step-by-step design using SystemDK for PoC
Experience multi-constraint integration (SI/PI, thermal, stress, EMI/EMC)
Learn the trade-offs of heterogeneous integration
Build foundation for future AI-assisted or automated design flows

👤 著者・ライセンス｜Author & License

項目 / Item	内容 / Details
著者 / Author	三溝真一（Shinichi Samizo） Shinshu University / Ex-Epson
GitHub	Samizo-AITL
Email	shin3t72@gmail.com
ライセンス / License	MIT License（再配布・改変自由） MIT License (Free to reuse/modify/redistribute)

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