フロアプラン

1. この記事で学べること

フロアプラン（Floorplanning）の正確な定義
なぜ物理設計において最初の重要ステップになるのか
ブロック配置、電源計画、配線リソースなどの基本概念
実務での利用シーンと設計フローとの関係

2. 概要（全体像）

フロアプランとは、チップ内部の大まかな構造（配置・領域・電源構造）を決める工程であり、物理設計フローの最初に行われる重要ステップです。

この段階で決まる内容は、後続の配置（Placement）、配線（Routing）、タイミング収束、消費電力、歩留まりにまで影響します。

3. なぜ重要なのか（背景・目的）

フロアプランが重要な理由は、以下の3点に集約されます。

チップの性能・消費電力・面積（PPA）を左右する

ブロックの位置関係は配線長を決める
配線長は遅延・消費電力に直結
面積効率はダイコストに影響

後工程の自由度を決める

フロアプランが悪いと、

配線が混雑する（Congestion）
タイミングが収束しない
IR Drop が悪化する
クロックツリーが組めない
といった問題が連鎖的に発生します。

設計全体の「制約」を定義する工程だから

電源ネットの構造
マクロ配置
IO ピン位置
ルーティングチャネル
など、後工程が従うべきルールをここで決めます。

4. 基本概念の整理

フロアプラン（Floorplanning）

定義：
チップ内の主要ブロック、電源構造、配線リソースを大まかに配置・計画する工程。

例：

CPU コアを中央に配置
SRAM マクロを周囲に配置
電源リングをチップ外周に配置

実務での意味：
後続工程の成功可否を決める「設計の骨格」。

マクロ配置（Macro Placement）

定義：
SRAM、PLL、アナログ IP などの固定サイズブロックを配置する作業。

例：

SRAM を CPU の近くに置くことで配線遅延を短縮
PLL をノイズ源から離す

実務での意味：
タイミング・ノイズ・配線混雑のバランスを取る最重要タスク。

電源計画（Power Planning）

定義：
電源リング、電源ストラップ、メッシュなどの電源供給構造を設計する工程。

例：

外周に VDD/VSS リング
コア領域にストラップを格子状に敷く

実務での意味：
IR Drop・EM 問題を未然に防ぐ。

IO 配置（IO Planning）

定義：
パッドや IO セルの位置を決める工程。

例：

高速 IO を特定の辺に集約
電源パッドを均等に配置

実務での意味：
パッケージ設計との整合性が必須。

アスペクト比（Aspect Ratio）

定義：
チップの縦横比（Height / Width）。

例：

1:1 → 正方形
2:1 → 横長

実務での意味：
配線リソースの偏りやパッケージ制約に影響。

5. 実務での具体的な利用シーン

物理設計フローの最初のステップ

RTL → 合成 → フロアプラン → 配置 → 配線 → STA → Signoff

マクロの位置決め

SRAM の位置で CPU の性能が変わる
PLL の位置でジッタが変わる

電源ネットワークの設計

電源リング
ストラップ
メッシュ
パワーグリッド

配線混雑の予測

ルーティングチャネルの確保
Congestion Map の確認

パッケージとの整合

IO ピン位置
電源パッドの配置

6. 関連する専門用語の整理

用語	定義	実務での意味
Floorplan	チップ構造の初期設計	PPA と後工程の成功可否を決める
Macro	固定サイズの IP ブロック	配置位置が性能と配線に直結
Power Ring	チップ外周の電源ライン	電源供給の基盤
Strap	電源を領域内に引き込む太い配線	IR Drop 改善
IO Pad	外部と接続する端子	パッケージとの整合が必須
Aspect Ratio	チップの縦横比	配線リソースとパッケージ制約に影響