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 |
7. まとめ
- フロアプランは物理設計の最初に行う「設計の骨格づくり」
- マクロ配置・電源計画・IO 配置が中心要素
- 配線混雑、タイミング、IR Drop など後工程の問題の多くはフロアプランで決まる
- パッケージやシステム要件との整合が不可欠
- 正しいフロアプランは PPA 改善と設計効率向上に直結する
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