1980年前半 ゲートアレイとスタンダードセル方式のASICの登場と発展 〜集積回路〜

1980年代に入って、デジタルLSIの応用が広がると、それまでの汎用LSIでこれらの用途に対応することは難しくなり、各々の目的に応じて設計する、いわゆるLSIのカスタム設計が必要となってきた。これらカスタム設計によるロジックLSIはASIC (Application Specific IC)　と呼ばれ、その成長が期待された。最初のトランジスタから設計を始める方式は、フルカスタムASICと呼ばれ、設計の自由度は高く、LSIの動作も高性能であるが、多くの人的資源を必要とし、コストが上昇して、実用的ではなかった。殆どのASICは量が少ない割には品種が多い、いわゆる少量多品種の製品であったため、如何に効率よく、低コストで製品を開発・製造するかが大きな課題となった。 そこで登場したのがゲートアレイである。ゲートアレイでは、あらかじめAND、ORなどの基本ゲートを、アレイ状に敷き詰めた 「マスタースライス」と呼ぶLSI を途中工程まで作っておき、ユーザーの指定を待って、その論理回路に応じてメタル配線を決定する。この結果、開発期間を大幅に短くでき、開発費を削減できた。 最初にゲートアレイのビジネスを立ち上げたのは、LSI Logic（LSI Logic Corporation）である。自社製のLDS（Logic Design System）というCADツールを使って、カスタムゲートアレイを設計・製造した。日本メーカはLSI Logicに続いてゲートアレイビジネスに参入し、微細化技術を駆使して積極的にビジネスを展開し、市場を席捲した。その頃、ASICといえば、ゲートアレイのことを意味していた。しかし一方で、ゲートアレイは、無駄な領域が発生しやすく、その結果、集積度に限界が生じ、また基本ゲート以外の回路を使うことができないため、性能にも限界はあった。 これに対し、スタンダードセル方式では、RAM、ROMなどのメモリ、CPU、アナログ回路など、トランジスタレベルから素子寸法を最適化したマクロセルを用意しておき、その配置、配線を自由に指定する。マクロセルの配置を終了した時点で、LSIの製造を開始できるので、論理設計完了からの開発期間は、ゲートアレイとほぼ同等であり、かつ高機能のLSIを実現することができる。フルカスタム方式に較べると設計の自由度は低いが、ゲートアレイのようにゲート配置が固定されている方式より柔軟性があり、設計は容易である。各々のセルは、寸法が最適化されているため、集積度にも優れている。 　初期のスタンダードセル方式のビジネスを牽引したのはVLSI Technology社であるが、日本メーカも 相次いで参入した。なお、スタンダードセルは、メーカによっては、セルベースICと呼ばれることもある。 エンベデット・セルアレイは、ゲートアレイとスタンダードセルの中間に位置する方式である。同方式では、ゲートアレイの下地の中に、所望のマクロセルを埋め込む。ゲートアレイと埋め込むマクロセルを決定すれば、製造を開始できるので、ゲートアレイと同程度の短期間で高性能のLSIを実現できる。しかし、ゲートアレイ部での性能は、限定的であり、集積化の観点からも無駄な領域が生じやすい点は、ゲートアレイと同じである。 ゲートアレイは少量多品種のLSIに使われてきたが、今日では、より柔軟なFPGA (Field Programmable Gate Array)に市場を奪われつつある。また、フルカスタム方式は設計の難しさから一部の高性能CPU 等にしか使われない。この点、スタンダードセルは双方の利点、即ち、柔軟性と高機能性を備えており、今日のASICでもっとも広く使用されている方式である。さまざまなデジタル／アナログのIPコアを搭載することができ、端子配置の自由度も高く、内部回路のクロック制御も可能である。1990年代後半には、DRAM、Flashなどメモリも搭載されるようになった。SoC (System-on-a-chip) の設計にも使われている。

【参考文献】 [1]　「ASIC」『フリー百科事典ウイキペディア日本語版』2010年10月1日 (金) 10:56 　http://ja.wikipedia.org/wiki/ASIC 【移動ページ】 集積回路/該当年代へ 【最終変更バージョン】 rev.000 2010/10/06