LSI設計研究室

堀田厚生教授

研究テーマ

CPU(Central Processing Unit)のアーキテクチャと回路

FPGA(Field Programmable Gate Array)

CAD(Computer Aided Design)を利用したLSI設計技術

LSIとコンピュータの応用(ホームページ、音声認識など)

現在のエレクトロニクスの基本技術はLSI(大規模集積回路)とコンピュータです。この2つの分野の色々な研究を行っています。LSIの中でもっとも良く使われているのがCPUです。そのアーキテクチャを研究しています。実際に会社で使用しているLSI設計ソフトを使用し,CPUなどのLSIの設計から製作,評価を行います。その結果,LSIに強くなるだけでなく,LSI設計ではコンピュータを駆使しますので,Unixワークステーションなどコンピュータの知識と実技に詳しくなります。良いLSIを設計するには,良いソフト(LSI設計CADソフトと言います)が欠かせませんので, LSI設計CADの研究,開発を行っています。また,LSIとコンピュータのマルチメディアへの応用研究を行っています。

LSI(Large　Scale　Integration：大規模集積回路)とは

　パソコンやテレビの中を覗いたことがありますか。板(プリント基板といいます)の上に多数の部品が載っているのが見えるでしょう。その中に次のような形をしたものがあります。

　

　　　　　　　　　　　　　図　LSIの外形図

　薄い直方体から多数の足が出ています。形は正方形や長方形や色々あります。大きさも種々です。足は四方から出ているものや二方向だけから出ているものがあります。足の数にも色々あります。20本以上なのが普通です。600本ある場合もあります。足の形も色々あります。直方体の下から出ていて上から見えないのもあります。これがLSIです。

　足は電気信号のやり取りをするための端子です。プリント基板の中には多数の銅線が配線されていて､基板上に載っている部品同士の電気信号のやり取りを助けています。

　このLSIの中には厚さ数百ミクロン、縦横の長さが0.5から20センチメートルのシリコンの結晶があります。これをチップといいます。チップの表面部分には多数のトランジスタと配線が形成されています。トランジスタ数は六百万個の多数になる場合があります。

　チップ写真の一例を次に掲げます。古いものですが､一片が約1.3センチメートルです。

　　　　

一個のトランジスタは次のようなものです。チップにはトランジスタが多いもので約六百万個載っています。技術進歩によりその数は年々増加しています。

　　　

　　　　　　　　　　　図　NMOSトランジスタの断面図

　設計をするときにはトランジスタは次のようなシンボルで表します。

　　　　　　　　　　　

　　　図　MOSトランジスタのシンボル

ある動作をする複数のトランジスタの集団を記号で表して設計します。その一番簡単なものをゲートといい、次の図に基本的なものを二つ示します。

　

図　2入力NANDのCMOS回路と真理値表とシンボル

　

　図　2入力NORのCMOS回路と真理値表とシンボル

　ゲートを組合せて色々な機能を持ったブロックを作ります。さらに、多種類かつ多数のブロックを組合せてLSIを設計します。CPUをブロック図で表すと次のようになります。

　

図　一般的なCPUのブロック図

　今までの説明で専門用語がいっぱい出てきました。これらのことに興味を持ち､勉強､実験､研究し、卒業後はその技術を生かして仕事をしたい人は愛知工大の電子工学科にお出でください。

　なお、LSIの設計にはコンピュータを駆使しますので､Windows,Unix,Linux,C,C⁺⁺,JAVAなどのコンピュータ技術は自然に身につきます。