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Nikkei X-TECH_2024.7.8

광전융합의 설계 툴
EDA의 새로운 경쟁 영역으로

최근 반도체업계에서 어드밴스드 패키징(첨단 패키징)과 함께 주목받고 있는 것이 광전 융합이다. 반도체 칩이나 패키지 안에 빛을 이용하는 회로를 내장해, 정보 전송이나 정보 처리의 일부를 전기에서 빛으로 치환함으로써 소비전력 등의 성능을 높인다. 이러한 광전융합이 반도체 설계에 사용하는 EDA(전자설계자동화)의 새로운 경쟁 영역이 되면서 대기업을 중심으로 한 업계 재편이 한층 더 진행될 가능성이 있다.

광전융합이 주목받는 것은 AI(인공지능) 붐과 IoT(사물인터넷)로 인해 통신 또는 처리하는 데이터량이 급증하고 있기 때문이다. 그로 인해 야기되는 데이터센터의 소비전력 증대에 대해 광전융합은 해결책이 될 것으로 기대를 받고 있다.

그 광전융합 디바이스를 설계할 때 빼놓을 수 없는 기업으로 주목을 받고 있는 곳이 미국의 EDA 벤더인 Ansys(앤시스)이다. 앤시스는 EDA 외에도 구조나 유체, 전자계, 열 등의 시뮬레이션 기술이나 CAD(컴퓨터지원설계)도 다룬다. 이러한 툴은 자동차나 반도체, 발전설비 등 폭넓은 제품의 개발에 이용되고 있다.

빛은 앤시스가 가장 잘하는 분야 중 하나다. 광전융합에 한정하지 않고 친숙한 렌즈나 전등 등의 설계에도 앤시스의 시뮬레이션 기술이 사용되고 있다. 그 앤시스는 대만의 TSMC와 ‘Compact Universal Photonic Engines(COUPE)’에서의 협업을 발표했다. COUPE는 TSMC의 Co-Packaged Optics용 플랫폼이다.

Co-Packaged Optics는 반도체 패키지 안에 광전변환용 모듈(광트랜시버)을 내장한 것이다. 칩과 광트랜시버의 거리를 가깝게 함으로써 전기적인 손실을 적게 한다. 데이터센터의 전력 삭감의 비장의 카드로서 TSMC 외에 미국 인텔과 NTT 등도 기술 개발을 추진하고 있다.

-- 디지털/아날로그 혼재용 설계 툴로 검증 --
Co-Packaged Optics를 실현하기 위해서는 실리콘(Si)에 광 관련 디바이스를 집적하는 ‘실리콘 포토닉스’가 중요해진다. 그 설계에서 이용되는 것이 앤시스의 툴이다. 실리콘 포토닉스의 기본이 되는 것은 빛의 전송로가 되는 ‘광도파로’다. 광도파로의 선폭은 수백 nm이므로 첨단반도체만큼 미세하지 않다. 그러나 계면의 매끄러움 등 통상적인 반도체와는 다른 요인에 의해 빛의 반사나 손실에 영향이 미친다.

이 광도파로를 기본으로 하여 분광기/집광기/광링공진기(필터와 같은 역할을 한다)/광검출기 등을 실리콘에 집적한 것을 포토닉스 집적회로(포토닉 IC, PIC)라고 한다.

PIC는 광회로와 전기회로를 각각 설계해 조합하는 것만으로는 잘 되지 않는다. 광회로와 전기회로를 조합해 같은 환경에서 함께 시뮬레이션해야 한다. 앤시스의 툴에서 핵심은 광 관련 회로를 일반적인 아날로그 반도체용 툴로 검증할 수 있도록 하는 것이다. 구체적으로는, 광 관련 설계 데이터나 시뮬레이션 데이터, 실험 데이터 등을 조합해 ‘CML Compiler’라고 부르는 변환 툴에 넣음으로써 광회로 모델을 제작해, 그 모델을 디지털/아날로그 혼재 회로에 넣어 검증한다.

-- 시놉시스를 인수한 영향은 --
이 디지털/아날로그 혼재 회로의 검증 툴로서 자주 사용되는 것은 반도체 설계용 EDA 벤더 대기업인 미국 Cadence Design Systems의 ‘Virtuoso’ 등의 툴들이다. 당연히 이 앤시스의 툴도 Virtuoso에서 사용할 수 있다.

그러나 케이던스(Cadence)의 환경에서 앞으로도 사용할 수 있을지는 미지수다. 2024년 1월, 반도체 설계용 EDA 벤더 대기업인 미국 시놉시스(Synopsys)가 앤시스를 350억 달러(약 5조 6000억엔)에 인수한다고 발표했다. 시놉시스와 케이던스는 반도체 설계용 EDA 툴의 대부분에서 경합 관계에 있다.

앤시스의 인수를 발표한 시놉시스도 향후 반도체에서의 광전융합의 중요성은 당연히 인식하고 있을 것이다. 앤시스는 “API(애플리케이션 프로그래밍 인터페이스)의 제공 등으로 대응할 수 있다”라고 말하지만, 유망한 툴을 과연 경쟁사가 어디까지 자유롭게 사용할 수 있도록 할지는 모른다. 소프트웨어, 하드웨어를 불문하고 버전 업데이트 등으로 지금까지 사용할 수 있던 툴을 사용할 수 없게 되는 것은 드문 일이 아니다. 앞으로 케이던스가 기능 추가나 기업 인수 등 어떠한 대항책을 내놓을 가능성도 있다. 광전융합에서 시놉시스와 케이던스 등 EDA 기업 간 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 보인다.

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