MICS: Mixed-Signal IC and System Group at SNU
전기·정보공학부 김재하
MICS(Mixed-Signal IC and System Group) 연구실은 서울대학교 전기·정보공학부 소속으로, 아날로그 및 혼성신호 집적회로(IC) 설계와 검증 자동화 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 아날로그/혼성신호 회로의 복잡성과 검증의 어려움을 극복하기 위해, 설계 추상화, 설계 의도 기반 방법론, 자동화된 검증 도구 및 설계 플로우를 개발하고 있습니다. 이를 통해 아날로그 설계가 디지털 설계만큼이나 체계적이고 효율적으로 이루어질 수 있도록 혁신적인 접근을 시도하고 있습니다.
연구실은 XMODEL, GCAT, GCHECK 등 자체 개발한 시뮬레이션 및 검증 도구를 바탕으로, 고속 I/O, PLL/DLL, 전력 변환기, 에너지 하베스터, 뉴로모픽 프로세서 등 다양한 응용 분야의 혼성신호 시스템을 신속하고 정확하게 설계 및 검증하고 있습니다. 또한, 아날로그와 디지털의 경계를 넘나드는 'A+D' 시스템, 센서 인터페이스, 바이오 센서, 실리콘 포토닉스 등 신기술 융합 분야로 연구를 확장하고 있습니다.
MICS 연구실은 고성능 저전력 회로 설계, 신뢰성 높은 혼성신호 시스템 구현, 그리고 실제 칩 제작 및 실험을 통한 실용적 연구를 강조합니다. 산업체와의 긴밀한 협력과 다양한 국책 과제 수행을 통해, 연구 결과가 실제 산업 현장에 적용될 수 있도록 노력하고 있습니다. 또한, 다수의 특허와 논문, 국제 학회 발표를 통해 연구 성과를 국내외에 널리 알리고 있습니다.
연구실은 혼성신호 시스템의 글로벌 컨버전스 분석 및 신뢰성 검증 분야에서도 독보적인 기술력을 보유하고 있습니다. 스타트업 실패, 공정 변동성 등 실제 칩 동작에서 발생할 수 있는 다양한 문제를 체계적으로 분석하고, 이를 예방할 수 있는 자동화 도구를 개발하여 반도체 칩의 품질과 생산성 향상에 기여하고 있습니다.
앞으로도 MICS 연구실은 차세대 반도체 및 시스템 반도체 분야에서의 혁신을 선도하며, 아날로그/혼성신호 IC 설계 및 검증 자동화, 고성능 저전력 회로 설계, 신뢰성 검증 등 다양한 연구를 통해 학계와 산업계에 실질적인 기여를 이어갈 것입니다.
아날로그/혼성신호 집적회로(IC) 설계 및 검증 자동화
MICS 연구실은 아날로그 및 혼성신호 집적회로(IC) 설계의 효율성과 생산성을 극대화하기 위한 설계 자동화 기술 개발에 주력하고 있습니다. 전통적으로 아날로그 회로 설계는 높은 전문성과 경험을 요구하는 분야로, 설계 복잡성과 검증의 어려움이 큰 장애물이었습니다. 본 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 설계 추상화, 설계 의도 기반 방법론, 자동화된 검증 도구 및 플로우를 개발하고 있습니다.
특히, XMODEL과 같은 빠른 이벤트 기반 시뮬레이터, GCAT/GCHECK와 같은 글로벌 컨버전스 분석 툴, 그리고 Verilog-A 기반의 변수 도메인 변환 모듈 등 다양한 자체 개발 도구를 활용하여 아날로그/혼성신호 시스템의 동작을 신속하고 정확하게 검증할 수 있습니다. 이러한 도구들은 고속 I/O, PLL/DLL, 전력 변환기, 에너지 하베스터, 뉴로모픽 프로세서 등 다양한 IC 응용 분야에서 그 효과가 입증되고 있습니다.
설계 자동화와 검증 기술의 발전을 통해, 아날로그 설계가 디지털 설계만큼이나 체계적이고 생산적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이 연구실의 목표입니다. 이를 통해 차세대 반도체 및 시스템 반도체 분야에서의 혁신을 선도하고, 산업계와 학계에 실질적인 기여를 하고 있습니다.
고성능 저전력 혼성신호 시스템 및 회로 설계
MICS 연구실은 고성능과 저전력을 동시에 달성할 수 있는 혼성신호 시스템 및 회로 설계에 대한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 고속 트랜시버, 직렬/병렬 변환기, 정밀 타이밍 생성 회로(PLL/DLL), 클록 및 데이터 복구 회로(CDR), 전력 변환기, 에너지 하베스터 등 다양한 응용 분야에서 실질적인 칩 설계와 구현 경험을 축적해왔습니다.
특히, 고속 직렬 링크 및 메모리 인터페이스, 저전력 ADC/DAC, 신경망 가속기, 에너지 하베스팅 기반 무전원 시스템 등 차세대 반도체 시스템의 핵심 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 실제 칩 제작과 실험, 그리고 산업체와의 협력을 통해 실용성과 신뢰성을 동시에 확보하고 있습니다.
또한, 아날로그와 디지털의 경계를 넘나드는 'A+D' 시스템 설계, 다양한 센서 인터페이스, 바이오 센서, 실리콘 포토닉스 등 새로운 융합 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 이를 통해 미래 반도체 산업의 다양한 요구에 대응할 수 있는 혁신적인 회로 및 시스템 솔루션을 제시하고 있습니다.
혼성신호 시스템의 글로벌 컨버전스 분석 및 신뢰성 검증
혼성신호 시스템은 초기 상태나 공정 변동성에 따라 예기치 못한 동작 실패(글로벌 컨버전스 실패)가 발생할 수 있습니다. MICS 연구실은 이러한 문제를 체계적으로 분석하고 예방하기 위한 글로벌 컨버전스 분석 툴킷(GCAT), 오실레이터 전용 검증 툴(GCHECK) 등 세계 최초의 자동화 검증 도구를 개발하였습니다.
이러한 도구들은 PLL, DLL, DC-DC 컨버터, 링 오실레이터 등 다양한 회로에서 발생할 수 있는 스타트업 실패나 불안정 동작을 조기에 탐지하고, 설계 단계에서부터 신뢰성을 확보할 수 있도록 지원합니다. 논문 및 특허를 통해 검증된 이 기술들은 국내외 반도체 설계 분야에서 높은 평가를 받고 있습니다.
연구실은 앞으로도 혼성신호 시스템의 신뢰성 향상을 위한 이론적 연구와 실용적 도구 개발을 지속할 예정이며, 이를 통해 반도체 칩의 품질과 생산성을 한층 높이는 데 기여하고자 합니다.
1
Global Convergence Analysis of Mixed-Signal Systems
S. Youn, J. Kim, M. A. Horowitz
ACM/IEEE Design Automation Conf. (DAC), 2011
2
Preventing Global Convergence Failure in Mixed-Signal Systems via Indeterminate State (‘X’) Elimination
S. Youn, J. Kim
IEEE Trans. Circuits and Systems I, 2013
3
Verifying Start-up Failures in Coupled Ring Oscillators in Presence of Variability Using Predictive Global Optimization
T. Kim, S. Youn, H. Park, J. Kim
ICCAD, 2013
2
신소자 시냅스에 최적화된 고정확 및 저전력 SNN 시스템 개발
3
초미세 공정에서의 설계 및 검증 난제 극복 기술 개발
