ハードマクロ
ハードマクロは、論理ゲートや配線を固定化したレイアウト情報を含む設計要素であり、LSIなどの大規模集積回路を効率的に開発するうえで重要な役割を担う。ソフトマクロのように論理合成や配置配線をユーザーが柔軟に行う形態とは異なり、最適化が済んだハードウェアブロックとして提供されるため、性能やサイズの安定性が高いとされている。本稿では、ハードマクロの基本概念や作成プロセス、利点と留意点などを概観することで、高集積化が進む半導体設計における実用性を明らかにする。
基本概念
ソフトマクロが論理レベルで記述されたIP(Intellectual Property)を指すのに対し、ハードマクロは物理配置や配線を含む固定化された形態で提供される。具体的にはトランジスタサイズ、メタル層の配線経路、電源やグラウンドのレイアウトが詳細に定義されており、ユーザーは原則的に変更できない。既に製造実績やシミュレーションで動作が検証されているため、性能のバラツキを抑えた設計を実現できる点が注目される特徴である。
作成プロセス
通常はベンダーや設計チームが、論理ゲートの組み合わせやトランジスタ構成を最適化したうえで、高度な配置配線ツールを用いて物理的なレイアウトを生成し、そこからネットリストやGDSIIデータを作成することでハードマクロが完成する。ゲートレベルの最適化だけでなく、製造歩留まりや熱、ノイズ対策など多方面を考慮しながら作られるため、高い信頼性が要求される。完成後はユーザー側で再配置する必要がないため、開発期間の短縮や動作検証の簡略化につながる。
利点
ハードマクロの利点は、第一に計算リソースや設計工数の削減が挙げられる。設計者は既成の物理レイアウトを再利用できるため、配線遅延や信号整合などの検証を大幅に省略できる。第二に性能面の安定化が期待され、最先端ノードなどでクロック周波数を高く設定する際に、既に検証済みのハードマクロを活用すれば歩留まり向上に寄与する。第三には著作権やセキュリティの面でもメリットがあり、企業のコア技術をブラックボックス化しやすい点が評価されている。
留意点
一方でハードマクロは、レイアウトが固定化されているため、設計自由度が限られるという側面を持つ。チップ全体の配置や電源分配を考慮した際に、想定どおりのフロアプランに合わない場合、レイアウトを大きく調整しなければならない。またカスタマイズや微細な修正が難しいことから、プロセスノードの変更や仕様変更に追随するためにソフトマクロを併用するケースも見受けられる。これらの特性をよく理解し、開発段階での最適な利用計画を立てることが重要である。