LSIとは

世の中を変えていくLSI

指先で触れると、まるで重みも感じさせないLSIチップ。その内部には未来を切り拓く最先端技術が息づいています。

自動車、テレビ、携帯電話...。
私たちの日常生活を彩る製品は、ますます小型化され、高性能かつ高品質に進化しています。私たちが想像もつかないほどに世界を変えている存在があります。それがLSI、つまり大規模集積回路です。自動車は電子制御化され、テレビは薄くて軽量化され高画質に、携帯電話はスマートフォンの誕生により音声通話のみならず多機能になりました。これらの製品の中には、それぞれの機能を支える小さなLSIが内包されています。その小さなチップの中には、最新技術が集約され、私たちの生活をより便利で魅力的なものに変えているのです。

INDEX

半導体とは
ICとLSI
LSIの歴史
LSIの多彩な用途
IoTを支えるLSI技術
自動車をインテリジェント化するLSI
LSI設計業務の紹介
三栄ハイテックスで働くLSI設計エンジニア
LSI設計の求人情報
三栄ハイテックスの取り組み

LSIという言葉は知っていても、正確な説明ができるという人はそう多くないかもしれません。
LSIとは「Large Scale Integration（大規模集積回路）」の頭文字をとったもの。
トランジスタやダイオード、受動素子などを集積させて、複雑な機能を実現する電子回路部品です。
シリコンなどの半導体で構成されることが一般的です。
（設計フローについての情報は、「LSI設計フロー」のページをご覧ください）

半導体とは？

半導体は、金属など電気を良く通す「導体」と、ゴムなど電気をほとんど通さない「絶縁体」の中間の性質を持つ物質です。具体的には、電気を通したり止めたりする特別な性質を持っています。例えると、蛇口のようなものです。蛇口を開けると水が出て、閉めると水が止まります。半導体も、電気を通したり止めたりすることができるので、電気の蛇口のような役割をしています。

シリコンやゲルマニウムが代表的なものです。これらの物質は、非常に小さな粒である原子からできています。原子の周りには「電子」という、電荷を持った小さな粒子が回っています。この電子の動きによって電気を通したり止めたりすることができるのです。

半導体を用いることで、トランジスタやダイオードといった電子部品を作ることができます。これらの部品は、電子機器の中で非常に重要な役割を果たします。例えば、トランジスタは電流を制御し、ダイオードは電気を一方向にだけ通すなどの機能があります。また、光を発するLED（発光ダイオード）も半導体の一種です。

半導体を使って作られたこれらの小さな部品は、電子機器の「心臓部」ともいえる存在です。半導体を利用することで、電子機器はより小さく、より高性能になります。そのため、半導体は電子機器を作る上で重要な材料なのです。

「半導体」という言葉は、シリコンやゲルマニウムなどの材料自体を指すだけでなく、これらの材料を用いて作られたトランジスタや集積回路（IC）なども指すようになりました。つまり、「半導体」は材料名でもあり、電子部品やデバイス全体を表す言葉にもなっています。

パワー半導体

パワー半導体（パワーデバイス）は、高い電圧や大きな電流を制御・変換する半導体の総称です。通常の半導体と比べ、高い電圧や大きな電流に耐えられるよう、内部構造や材料が異なっています。パワー半導体は、従来のシリコン（Si）に加え、次世代素材としてSiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）などが注目されています。

ICとLSI

ICとは

IC（Integrated Circuit：集積回路）とは、トランジスタ、抵抗、コンデンサーなどの機能を持つ素子を用いて、シリコンウエハー（シリコンでできた円盤状の板）の上で形成された回路です。そして、その集積度がさらに高まったものがLSIと呼ばれます。

ICは、1つのチップ内に含まれるトランジスタ数（素子数）に基づいて、以下のように分類されます。

略	名称	トランジスタ数	年代
SSI	Small Scale Integration：小規模集積回路	～100	1960年代～
MSI	Medium Scale Integration：中規模集積回路	100～1000程度	1960年代後半
LSI	Large Scale Integration：大規模集積回路	1000～100程度	1970年代～
VLSI	Very Large Scale Integration：超大規模集積回路	100万～1000万程度	1980年代後半～
ULSI	Ultra Large Scale Integration：超々大規模集積回路	1000万以上	1990年代～

LSIとは「Large Scale Integration」の略語で、「大規模集積回路」とも言います。LSIはIC（Integrated Circuit：集積回路）の一種です。

LSIはICの中で大規模なものを指し、しばしばICと同義として使用されます。ICには、デジタル回路とアナログ回路が混在しています。デジタル回路は0と1の離散的な信号で、アナログ回路は連続的に変化する信号（例：電圧／V~0）を扱います。どちらも電気を利用して動作します。

デジタル回路

アナログ回路

LSIは、電池や電源で動くほぼすべての電子機器に必要不可欠な部品であり、その性能と効率は現代テクノロジーに大きな影響を与えています。そのため、LSI設計は非常に重要な役割を果たしており、半導体設計分野の一部として位置づけられています。多くの場合、半導体設計エンジニアがLSI設計を専門とし、一つの半導体チップに1000個から10万個もの回路素子を集積するなど、高度な技術と専門知識が求められます。

LSI技術の進歩の歴史は、部品の微細化（高性能化）の歴史でもあります。現在、三栄ハイテックスが手掛けているプロセスルール（製造工程の最小加工寸法。この値が小さいほど回路の集積度が向上し、性能レベルの目安とされます）は「～約20nm（ナノメートル）」、素子数は「～10億／Chip」という水準に達しています。もちろんこれも、さらなる技術革新の一過程にすぎません。

LSIの歴史

Unidentified U.S. Army photographer, Public domain, ウィキメディア・コモンズ経由で

1940年代

世界初の真空管電子計算機

1500個のリレー、70000個の抵抗、さらに計算手順を指示するためのスイッチが6000個も使用され、その規模は40平米を超える大きさに達しました。
しかし、大電力（150kW）を必要とし、大量の発熱を伴いました。さらに、真空管の信頼性が低く、継続して使用することができませんでした。

1950年代

トランジスタによるコンピューターの進化

半導体によって三極素子を実現しました。トランジスタは、小電力かつ発熱も少ない特性を持ち、電子計算機に最適とされました。この革新により、コンピューターの進化が急速に加速しました。

1960年代

ICの登場によるコンピューターの小型化

半導体に複数のトランジスタや抵抗器を集積回路（IC）化するアイデアが生まれました。この革新により、回路の小型化が実現しました。

1970年代

ICの進化

ICはますます集積度を高め、LSIの時代を迎えました。1970年代後半からは超LSI（VLSI：Very Large Scale Integration）時代が幕を開け、やがて1980年代初頭には超々LSI（ULSI：Ultra Large Scale Integration）時代へと移行しました。

1980年代

1990年代

侮れないゲーム機の実力

話題のゲーム機は、主要な構成要素として主要3チップとメモリが組み込まれています。その心臓部には、世界で初めて実現した128ビットCPUが搭載されています。最先端の半導体技術により、1チップの巨大LSIにすべての演算機能を集約することが実現されました。画像処理用LSIには4270万ものトランジスタが組み込まれ、まさに画像処理機能すべてが集積された様相です。ポリゴン描画性能やピクセル書き込み速度において、当時のグラフィックワークステーションさえも上回る驚異的な性能を実現しています。

2000年代

モバイルコンピューティング時代の到来

机の上のコンピューターから、時や場所を選ばず持ち運べる手のひらサイズのコンピューターへ。情報処理技術と通信技術が効果的に融合し、モバイルコンピューティングが実現しました。システムそのものがLSIになった「システムオンシリコン」の時代が訪れ、携帯電話は単なる通信機器から多機能な複合的端末へと進化していきました。