集積回路工学講義概要

講義の目的等

目的CMOS技術を用いた半導体集積回路の基本を理解すると共に、LSIチップの回路設計およびレイアウト設計の手法について学ぶ。

対象３Ｅ 専門 選択

3E以外の学生も出席可（許可いらない）

教科書、参考書

［教科書］

國枝博昭著、集積回路設計入門、コロナ社

［参考書］

富沢、松山監訳、CMOS VLSI設計の原理、丸善

浅田著、集積回路設計、コロナ社

名倉著、LSI設計常識講座、東大出版

（榎本編著、画像LSIシステム設計技術、コロナ社）

（相澤、浜本編著、CMOSイメージセンサ、コロナ社）

資料等

講義資料は以下に随時公開

http://www.ee.kagu.tus.ac.jp/lsi19/定期的に講義資料がないかチェックする。

評価は、テストを主体としてレポート等を加味する。

講義内容

4月15日から7月22日まで14回+テスト

休講 予定なし（6月17日可能性あり）

CMOS 集積回路の基礎（約3回）

回路設計（約3回）

論理設計（約3回）

レイアウト設計(約3回）

故障診断と検査（1回、時間があれば）

数学力はあまり求めない

講義内容２

CMOS集積回路の基礎

CMOS:Complementary MOS:PMOS，NMOS

MOS:Metal-Oxide-Silicon集積回路の分類とMOS構造

プロセス、製造工程

モノリシック抵抗・容量

MOSトランジスタの理論

講義内容3 回路設計

簡単なCMOS回路の振る舞い

構成、速度、消費電力

ディジタル回路、アナログ回路

インバータ回路、NAND・NORゲート

スタティック・ダイナミック論理回路

アナログ回路の基礎

講義内容４

論理設計

全加算器、半加算器、DRAM,SRAMメモリ、

算術演算ユニットALU論理設計の基礎、加算器

ALUとメモリ

データパスとPLA

講義内容5 レイアウト設計

レイアウト設計の種類

パターン設計規則

CAD 動作記述言語とレイアウト設計

レイアウト設計の基礎

配置・配線アルゴリズム

フルカスタム設計、動作記述言語

ＬＳＩ製造の流れ

システム仕様

LSI仕様

方式・アルゴリズム設計、検証

論理設計、検証(ディジタル）

回路設計、検証

レイアウト設計（階層化設計、セルから全体へ）

製造プロセス

パッケージへの実装

検査、出荷

本講義に関連する主な授業

基礎科目

電気回路1,2、電子回路1,2,3方式、アルゴリズム設計

フィルタデザイン、情報基礎論

LSI通信用LSI

本講義に関連する主な授業2半導体基礎

電子工学1，2デバイス

電子デバイス

物性材料

電気材料学

集積化の利点

チップ数の削減（システムの小規模化）

チップ間の遅延時間の減少

高速化

低コスト化

処理の並列化

（システムからみると）低消費電力化シリコン技術

安価、安定、技術の蓄積、充実した原理研究、設計技術の標準化

参考文献[２]様々なパッケージ

参考文献[1]

シリコンウェーハと 64kDRAM

直径１０ｃｍから３０ｃｍ程度

参考文献[1]

インバータ回路のレイアウト

参考文献[３]

ムーアの法則

トランジスタ数は

1．5年に2倍（５年に１０倍）

微細化により配線が問題

年

トランジスタ数

５６．９億個

プロセス技術とDRAM容量

東芝： 96層積層プロセス ３DNANDフラッシュ 1024GB

5から10nmへ

スケーリングによる変化

LSIに関するキーワード（１例）

ASIC（Application Specific Integrated Circuit) SOC(System On a Chip)

システムLSI事業の中心

情報家電、AV（ディジタル家電向け半導体）、IoT

自動車用半導体

２０１７ 世界半導体市場 4122億米ドル

車載機器向け 370億米ドル

開発および製造時間とコストの削減

開発手法の改善

動作記述言語（VHDL,Verilog）からC言語（SystemC,HandleC)設計へ

CAD、シミュレーション技術の発展

IPの有効利用(既開発の設計を有効利用）

小規模プロセスの開発、製造時間の削減

本講義の目指すところ

LSIを開発する上での

論理設計

回路設計

レイアウト設計

各技術の基礎を習得する。

材料やデバイスには深入りしない。

参考文献

[1]MOS LSI 設計入門、菅野 桜井監訳、産業図書

[2]CMOS超LSIの設計、菅野 飯塚編、培風館

[3]VLSIデザインオートメーション入門、寺井著、コロナ社

アメリカＴＩ社が初めて開発したチップ