半導体デジタル回路とコスト

Tetsuya KIMATA

2014.8.6

※全ての資料はスライドの下に出典を記載してあります

目次

1. 製造コスト(この資料で語りたいのは主にこちら)

2. 設計検証コスト(こちらは従来から言われていることですので、内容少ないです)

目次

1. 製造コスト

2. 設計・検証コスト

トランジスタ1個あたりの製造コスト

半導体デジタル回路のコスト特性(これまで)• 微細化によるコストダウン

http://www.singularity.com/charts/page60.html

縦軸はログスケール

指数関数的に年々製造コストが指数関数的に低下(同じ回路規模であれば2年後には半額に)

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半導体デジタル回路の微細化• 半導体製造メーカ各社の計画

http://www.semi.org/en/sites/semi.org/files/docs/1-McClean_IC-Insights_SEMI-TX-Outlook_Oct2013.pdf出典: 2013年

今後も微細化を継続6

半導体デジタル回路のコスト特性(今後)• 28nm以前と以降で傾向が変化

http://www.economist.com/news/21589080-golden-rule-microchips-appears-be-coming-end-no-moore

Chipmakers such as IBM, Intel and TSMC, a Taiwanese giant, will probably manage to cut transistor size in half at least a couple more times. The problem, analysts reckon, is that beyond 2014 shrinkages will no longer cut transistors’ cost.

from The Economist紙 (英国経済紙)

$1 で買えるトランジスタの量

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出典: 2013年

28nm 以降、微細化してもトランジスタ当たりのコストは低下せず(同じ回路規模であればコスト同等)

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半導体デジタル回路のコスト特性(今後)• トランジスタ辺りのコストの時系列変化をプロット

http://www.extremetech.com/computing/123529-nvidia-deeply-unhappy-with-tsmc-claims-22nm-essentially-worthless出典: 2012年

28nm 以降、 時間経過してもコスト低下せず (減価償却終了効果無し)

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コストが下がらない要因• 各プロセス毎にウェハー辺りのコストの時系列変化をプロット

http://www.eetimes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=1286363出典: 2012年

微細化を継続するための新技術投入に伴ってウェハー当たりの製造コストが急上昇

http://www.extremetech.com/computing/123529-nvidia-deeply-unhappy-with-tsmc-claims-22nm-essentially-worthless出典: 2012年

微細化に必要な製造技術のコスト推移

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微細化の恩恵を今後も受けるにはどうすれば良いか• Altera 社の資料

• NVIDIA 社の資料

2012年

システムに合わせた半導体デジタル回路の最適設計が鍵(トランジスタをシステム性能向上に寄与する回路のみに使い、無駄にしない)

http://www.extremetech.com/computing/123529-nvidia-deeply-unhappy-with-tsmc-claims-22nm-essentially-worthless

it means that not all SoC product lines will automatically migrate to 20 nm. The early adopters will be only those devices that can translate the doubled transistor count into a substantial edge in system performance, power consumption, or cost.(中略)In summary, 20 nm will continue the Moore’s law trend in integration, but at a cost.

2012年 http://www.altera.com/technology/system-design/articles/2012/20nm-systems-era.html

増加するトランジスタを、システムパフォーマンスの向上や低消費電力化(例: ARM の big.LITTLE)に結びつけられるデバイスだけが微細化を推進できる

Want to know why Nvidia rearchitected Fermi with a new emphasis on efficiency and performance/watt? You’re looking at the reason. If per-transistor costs remain constant, the only way to improve your cost structure is to make better use of the transistors you’ve got.

(水平分業にとどまるのでではなく)仮想的な垂直統合が必要

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目次

1. 製造コスト

2. 設計・検証コスト

http://semiaccurate.com/2012/03/19/global-foundries-shares-the-cost-of-doing-business/出典: 2012年

微細化に伴う設計・検証コストの高騰• ルネサスエレクトロニクスの資料

• GLOBALFOUNDRIES 社､Cadence 社の資料

http:// www.cadence.com/rl/Resources/white_papers/custom_20nm_wp.pdf /出典: 2011年

65nmで50億円以上

プロセス開発

工場建設

チップ設計22nmで150億

20nmで120～500億

日経エレクトロニクス 2009.9.21 「厳選LSI設計講座 第1回」出典: 2009年

微細化に伴い、チップの設計・検証コストはやや加速しながら引き続き高騰

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設計コスト高騰の抑制策• IP の活用

http://www.semiwiki.com/forum/content/2126-unlocking-full-potential-soft-ip.html /出典: 2013年

IP 活用ができない新規回路ブロックを使うと、今まで以上にコストインパクト有り

設計コスト(単位: 百万ドル≒億円)使用する IP の数

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以降､補助資料

【補足】微細化によるコストダウンの終焉• ARM 社の資料

http://hexus.net/tech/news/cpu/65901-arm-updates-midrange-cpu-roadmap-cortex-a17/出典: 2014年(?)

$1 で買えるトランジスタの長さ

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28nm 以降、トランジスタあたりのコストが上昇17

【補足】微細化によるコストダウンの終焉• GLOBALFOUNDRIES 社、Broadcom 社の資料

http://www.semicontaiwan.org/en/sites/semicontaiwan.org/files/docs/semicon_taiwan_sept_13_houdout.pdf出典: 2013年

28nm 以降、トランジスタあたりのコストが上昇18

【補足】微細化によるコストダウンの終焉• IBM 社の資料

http://www.gsaglobal.org/events/2012/0426/docs/keepingmooreslawalivekeynote-webpdf_000.pdf出典: 2012年

28nm 以降、トランジスタあたりのコストが上昇19

【補足】微細化によるコストダウンの終焉• Altera 社の資料

2012年

28nm 以降はトランジスタあたりのコストが上昇

http://www.altera.com/technology/system-design/articles/2012/20nm-systems-era.html

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以降､雑多な予備資料

• Rambus 社の資料

http://www.iesaonline.org/downloads/IDC_Presentation_to_IESA_Thought_Leadership_Forum.pdf出典: 2013年 22

http://semiengineering.com/how-much-will-that-chip-cost/

2014

23

http://www.monolithic3d.com/blog/is-nvidia-in-a-panic-if-so-what-about-amd-other-fabless-companies 24

微細化に伴う関連コストの高騰• GLOBALFOUNDRIES

http://semiaccurate.com/2012/03/19/global-foundries-shares-the-cost-of-doing-business/

2012年

http://www.anandtech.com/show/28142009年

25

http://semiaccurate.com/2012/03/19/global-foundries-shares-the-cost-of-doing-business/

2012

26

http://jefferies.com/CMSFiles/Jefferies.com/files/Insights/Moore%20Stress_Structural%20Industry%20Shift_09272012.pdf

2012

27

技術特性の変化 (1)• 微細化によるコストダウンの終焉

http://www.monolithic3d.com/blog/category/all

2014

Serge Tedesco, a lithography researcher at CEA-Leti,

28

http://www.semi.org/en/node/50391?id=sguna0714

2014(?)

29

http://theconfab.com/wp-content/uploads/2014/6_20140623%20Confab.pdf

2014

30

http://www.monolithic3d.com/blog/paradigm-shift-in-semi-equipment-confirmed

2014

31

https://www.cadence.co.jp/soconline/vol2/tec4/1.html

2011

https://www.cadence.co.jp/soconline/vol2/tec4/1.html

32

http://www.monolithic3d.com/blog/archives/02-2014

2014

33

http://www.monolithic3d.com/blog/archives/02-2014

2014

34

http://www.monolithic3d.com/blog/category/all

2014(?)

35

http://www.eetimes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=1286363

2012

36

http://www.eetimes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=1286363

2012

37

http://theconfab.com/wp-content/uploads/2014/6_20140623%20Confab.pdf

2014

38

http://electroiq.com/insights-from-leading-edge/2011/03/iftle-40-samsung-3d-ic-wide-io-dram-and-semiconductor-predictions-for-2011/

2011

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技術特性の変化 (1)• 微細化によるコストダウンの終焉

http://www.techdesignforums.com/practice/technique/advanced-design/

2012

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http://www.newelectronics.co.uk/image-store/articles/47468/P23-24.pdf

2013

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http://www.soiconsortium.org/fully-depleted-soi/presentations/october-2013/IBS%20-%20Shanghai%20SOI%20Summit%20-%20Oct%202013%20.pdf

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