Engineering on Integrated Circuits

Course title

G0222500

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Course description

集積回路は，今日いろいろなシステムに用いられ，システムオンチップ(SoC)などのLSIを用いてIoT(Internet of Things)システムでの利用が拡大している．集積回路を設計するには，アナログ回路，ディジタル回路などの回路技術の他に，物理的な設計技術，RTLによる高位合成技術，設計検証技術，テスト技術などの理解が必要となっている．

Purpose of class

本講義では，学生は集積回路を構成する主要部品を理解するとともに，システムオンチップ（SOC）などLSIの設計の全工程の流れを理解し，LSI設計ツールを使いこなすための基礎知識を身につけることを目的としている．また，学生はCADツールで小さな例題を処理して簡単な設計をする技術も身に付けることを目的としている．

Goals and objectives

CMOS集積回路を構成する基本的な要素および部品についてその動作が理解できる．
LSIの設計フローが理解できる．
各設計段階で使用するCADツールの役割を理解できる．
同期回路の概念に基づき，レイアウト処理やタイミング設計など最適化の手法を理解できる．
先端LSIの技術的課題とLSIテスト技術が理解できる．

Language

Japanese

Class schedule

	Class schedule	HW assignments (Including preparation and review of the class.)	Amount of Time Required
1.	LSIとは何か(ガイダンスを含む)：　LSIの応用，LSIの種類(Memory, SoC, FPGA, ...)，ムーアの法則とシステムLSIの発展，CMOSテクノロジーの特徴	「システムLSIとは何か」を予習	40minutes
1.		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	150minutes
2.	MOSトランジスタの説明：　スイッチとしてのMOSトランジスタと論理ゲート、MOSトランジスタの断面・平面構造、製造プロセス技術の簡単な説明	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
2.		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
3.	MOSトランジスタの動作理論：　電流式、CMOSインバータの動作(入出力特性と遅延)、インバータ、NAND、NOR等のレイアウトの例	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
3.		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
4.	CMOS回路：　基本CMOS回路、入出力回路、CMOS回路の消費電力	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
4.	CMOS回路：　基本CMOS回路、入出力回路、CMOS回路の消費電力	授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
5.	LSI，MOSトランジスタ，CMOSに関しての小テスト順序回路：　バイナリカウンタ、フリップ・フロップ、ラッチ、メモリー回路、同期回路と非同期回路、クロック	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	30minutes
		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	30minutes
		小テストは，1-4の内容に関して出題する復習を良くすること	130minutes
6.	LSIの実現手法：　FPGAとシステムLSI、スタンダードセル、ゲートアレイ、等の実現方法とライブラリ、システムLSI設計の手順・フロー、設計の抽象度と設計生産性	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
6.		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
7.	RTL記述を用いた設計のフロー：　2進法/8進数/16進数の復習とLSI内部での表現、簡単なRTL記述、加算器などの実例、テストベンチ、シミュレーションの実施と論理合成	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
7.		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
8.	RTLを用いた順序回路の記述：　フリップフロップ、カウンタ、シフトレジスタ、などの例を用いて説明	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
8.	RTLを用いた順序回路の記述：　フリップフロップ、カウンタ、シフトレジスタ、などの例を用いて説明	授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
9.	RTLを用いた設計の例：　簡単なシステムについて仕様書からRTL 記述までの実例を説明、シミュレーションによる検証と論理合成まで説明・レポート課題	配布資料の授業該当箇所を読んでおくことレポート課題は授業の終わりに提示する	30minutes
		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	30minutes
		レポート課題の作成	130minutes
10.	機能論理検証：　テストベンチの作成について例題を用いて説明	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	30minutes
		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	30minutes
		レポート課題の作成	130minutes
11.	レイアウト設計の詳細：　電源配線やクロック配線など特別な配線の実現方法、自動レイアウトためのアルゴリズム紹介，レイアウト検証	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
11.		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
12.	タイミング検証とタイミング収束：　LSI設計におけるタイミングの問題、DFM( Design for Manufacturing )、LSIの消費電力と低電力化	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
12.		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
13.	LSIのテストとテスター：　故障モデル、故障シミュレーション、テストパタンの自動生成、テスト容易化設計、BIST LSI開発における今後の課題：　高速化と複雑化	配布資料の授業該当箇所を読んでおくこと	70minutes
13.		授業内容に関する復習および理解度テストを解いておくこと	120minutes
14.	期末テスト：　講義内容の復習と確認	授業1-13について出題する復習を良くすること細かい指示は13回目の授業の終わりで与える	160minutes
14.	期末テスト：　講義内容の復習と確認	期末試験に関する復習を行うこと	30minutes
Total.	-	-	2660minutes

Relationship between 'Goals and Objectives' and 'Course Outcomes'

	小テスト	レポート課題	期末試験	Total.
1.	10%		10%	20%
2.	5%		10%	15%
3.		10%	10%	20%
4.		15%	20%	35%
5.			10%	10%
Total.	15%	25%	60%	-

Evaluation method and criteria

小テスト　15%，レポート課題　25%，期末試験　60%を100点とし，総合得点60点以上を合格とする．

なお，
小テストにおいて，配布資料の理解度テストが解けるようになれば60％とする
レポート課題において，要求されている報告事項を全て報告した場合を60%とする
期末試験において，配布資料の演習問題が確実に解けるようになれば60％とする

Textbooks and reference materials

(株) 半導体理工学研究センター(STARC)発行、"システムLSI設計：LSI設計編"に基づく資料を講義中に配布の予定。
VerilogHDLを使う予定なのでその参考書が役に立つ。例えば、小林、hdLab: “CQ Endeavor Verilog HDL”、CQ 出版
MOSトランジスタの動作については原、他：“MOSトランジスタの動作理論”、近代科学社、1980
CMOS回路に関しては原、他：“MOS集積回路の基礎”、近代科学社、1992

Prerequisites

電気回路1-3，アナログ電子回路1･2，ディジタル電子回路1･2，半導体工学などを履修しておくことが望ましい．また，コンピュータの操作(簡単なプログラムの作成，コンパイル実行)ができることが望ましい．

Office hours and How to contact professors for questions

講義終了直後の16時50分から17時まで，講義終了後の教室または研究室(研究棟10階10A32室)にて質問・相談を受け付ける

Regionally-oriented

Non-regionally-oriented course

Development of social and professional independence

Course that cultivates an ability for utilizing knowledge
Course that cultivates a basic problem-solving skills

Active-learning course

More than one class is interactive

Course by professor with work experience

Work experience	Work experience and relevance to the course content if applicatable
Applicatable	Based on the work experience, which is Integrated and electronic circuit development at a motor company, design methods of the recent integrated and electronic circuit are taught.

Education related SDGs:the Sustainable Development Goals

9.INDUSTRY, INNOVATION AND INFRASTRUCTURE

Last modified : Sat Mar 21 12:21:58 JST 2020