SOG
ロジックICの一種であるSOGは、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)の設計において、ゲートアレイの汎用性とフルカスタムICの柔軟性を両立させる技術である。従来のゲートアレイは標準化されたゲート配列をベースに設計するため、用途に応じた自由度が限られていたが、本技術ではゲート領域と配線領域を可変に構成できるため、高い集積度と多様な論理回路の実装を両立しやすい。マスク工程の段階からレイアウトが柔軟に決められることが特長であり、設計開発期間の短縮やコスト最適化に寄与している。
登場の経緯
ロジックICを短期間かつ低コストで開発する手法としてゲートアレイ方式が確立した一方、用途が高度化するにつれ、より大規模で柔軟な回路実装の需要が高まった。従来のゲートアレイはゲートセルや配線チャネルが固定的に配置されており、大規模かつ複雑な回路を搭載するとレイアウトの制約が大きくなる問題があった。そこで、ゲート領域と配線領域を再配置できるSOGの開発が進められ、半導体市場で新たな選択肢として注目を集めるようになっていった。
基本構造の特徴
SOGでは、ベースとなるウェハ上に多数の汎用ゲートやトランジスタが敷き詰められる形状になっており、その上層に配線を行うことで回路を構成する。通常のゲートアレイはゲートと配線チャネルが別々の領域として明確に区画されるが、この方式はゲート領域と配線領域がある程度一体化しているため、回路規模や配線計画に合わせて柔軟に調整が可能である。これにより未使用ゲートの発生を抑えられ、チップ面積を削減できるだけでなく、より多彩なロジック構成に対応しやすい。
ゲート領域と配線領域の可変性
ベースセルと呼ばれるトランジスタアレイの単位構造は、設計段階でゲートとして使用するか、または配線領域として割り当てるかを選択できるようになっている。その結果、論理回路の規模や配置に合わせて空間を最適化し、配線パターンを効率よく引き回すことができる。フルカスタム設計のような自由度を得つつ、ゲートアレイ特有の開発スピードの速さを保ちやすく、試作や小ロット生産にも向いているのがSOGの利点といえる。
設計プロセスとマスク工程
一般的なゲートアレイ同様に、基本的なトランジスタ配列はファウンドリ側が準備しておき、ユーザは回路設計とレイアウト設計で配線マスクを生成する。SOGの場合、ゲートの割り当てや配線経路が可変であるため、配置配線ツールにおいてもフレキシブルな設定が必要になるが、一度設計ルールを確立すれば多種多様な製品に応用できる。このように、最終的な配線層のマスク工程でカスタマイズを行うため、量産開始までのリードタイムを大きく短縮できる。
応用分野と利点
SOGは、通信用のプロトコル制御回路や画像処理向けのアクセラレータなど、比較的高機能ながら出荷数がそこまで多くない分野に適している。フルカスタムICほど大規模な投資を必要としないため、中規模のロットや多品種少量生産にも対応しやすい。さらに、高い集積度を必要とする一方で、設計の自由度が求められる場合には有力なソリューションとなり、企業間競争の激しい分野では製品差別化の鍵を握る技術としても注目されている。