マスクROM
マスクROMは、半導体チップを製造する段階でデータを一括して焼き込む読み出し専用メモリ(ROM)である。製造後に内容を書き換えることは不可能であるが、大量生産に適したコストメリットや高い信頼性を有する特徴がある。マイクロプロセッサのブートコードやファームウェアなど、変更の必要が少ないプログラムを格納する用途で活用されてきた。一方で、近年は書き換え可能なフラッシュメモリが普及していることから、マスクROMは特定の分野や大規模生産が前提となる用途で依然として需要が残されている。
マスクROMの基本構造
マスクROMはゲートアレイなどを利用して回路パターンを作成し、その時点でデータのビット配列を固定する仕組みである。回路設計の段階で各セルの論理状態が決定されるため、製造後の書き換えは原理的に行えない。メモリセル自体はシリコン基板上にトランジスタが多数並んだ構造を形成し、ビットラインとワードラインの組み合わせによって特定のデータを読み出すように設計される。変化が必要ない固定データを格納する場合には、極めて安定したソリューションとなる。
開発と生産フロー
マスクROMを導入する際には、まず書き込むプログラムやデータを確定させて回路設計に反映させるステップが重要となる。設計データを基にフォトマスクを作成し、半導体製造装置を用いてウエハ上にパターンを転写する。大量生産が可能なプロセスを一度確立してしまえば、大ロットでの生産を効率的に行えるが、逆にデータ変更や修正が発生すると新たなマスクを作り直さねばならず、開発コストや期間が増大するリスクがある。
メリットと用途
大型ロットを前提にすれば、マスクROMはビット当たりコストが非常に低く抑えられ、ROMとしての信頼性も高い。さらに、書き換え可能メモリに比べて不要な回路要素が少ないため、読み出し速度が速く低消費電力で運用しやすいという利点がある。ゲーム機のROMカートリッジや民生機器のファームウェア、工場の生産ラインで使われる制御プログラムなど、リビジョン変更頻度が少なく、かつ大量出荷される製品を中心に採用が進められてきた。
書き換え可能メモリとの比較
EPROMやフラッシュメモリなど書き換えが可能なメモリは、開発後のバグ修正や仕様変更に柔軟に対応しやすい一方、コスト面ではマスクROMに劣る場合が多い。ROMの最小ロットやマスク製造コストを考慮しても、超大規模生産に至ればビット単価が非常に安価となるのがマスクROM最大の強みである。ただし近年はフラッシュメモリの単価低下や容量拡大が進み、小規模ロットや頻繁なアップデートが求められる分野では書き換え可能メモリの方が主流になっている。
実装上の考慮点
マスクROMを搭載する際には、途中でデータ修正の必要がないことを前提とし、回路設計時点で動作検証やバグチェックを念入りに行うことが必須となる。また、ROMの容量選定やピン配置の最適化も重要であり、将来的に追加機能やデータ拡張が見込まれる場合には、製品設計段階で余裕を持たせた構成が求められる。一度製造に入ってしまえばデータの変更は極めて困難であるため、ファームウェアやソフトウェアとの整合性確認にも多くの労力を割く必要がある。