10-13 10-7 10-4 10-3
∆T [ps]
Bit Error Rate
300 350
250 400
1Gb/s
φ
φ
Data Tx Data Rx
Rxdata Txdata
223-1 PRBS Generator
Txclk Clk Tx
Clk Rx
Error Counter
∆T Rxclk 1GHz Clock
Timing Margin=150ps 10-11
10-5 10-6
10-8 10-9 10-10
10-12
・Easy to synchronize
コストダウン効果
・ Circuit solution in standard CMOS:
no need for new process development no additional cost in manufacturing
・ Reduce chip size:
no peripheral circuits needed no ESD protection needed
T. Kuroda (63/70)
AC 結合のメリット
・No need for level shifters under different VDD’s
・No need for additional VDD’s nor thick gate oxide transistors
・VDD’s can change: in burn-in, dynamic voltage scaling
Rx Tx
1V
2V
Txdata Rxdata
Txdata
1V
2V
2V 2V
Rxdata Chip2, VDD=2V
Chip1, VDD=1V
最近の研究成果：最小エネルギー (0.14pJ/b)
Inductive µ-bump
w/ interposer Wire Bonding
2mW 20mW 200mW HDTV
H.264/AVC (23.1Gb/s)
1 10 100 1000
Energy Dissipation [pJ/b]
Year
’96 ’98 ’00 ’02 ’04 ’06
Toshiba (350nm)
NTT (250nm)
Hitachi (250nm)
NEC (250nm)
NEC (130nm)Intel (180nm)
TI (180nm) NEC (130nm) Keio (350nm)
Keio (250nm)
[2]Keio (180nm) TeraChip (130nm)
Rambus (90nm)
Sun (350nm)
[1]SFT (180nm)
Fujitsu (90nm)
0.1
This Work (180nm) This Work (90nm)
’07
’05
’03
’01
’99
’97
電力低減：2.8pJ/b -> 0.14pJ/b （1/20）
ISSCC 2007 Technology Directionsセッション採択
“A 0.14pJ/b Inductive-Coupling Inter-Chip Data Transceiver with Digitally-Controlled Precise Pulse Shaping”
T. Kuroda (65/70)
最近の研究成果：パッケージ越しにデバッグ
Probe IC on FCB Inductors
in FCB
PCB
glue Inductors
in FCB
Target LSI on PCB
CLK
TX RX
PCB
Target LSI (in SSOP pkg)
Probe IC (transceiver)
Flexible-Circuit-Board (FCB)
To/From
in-Circuit-Emulator
On-chip inductors
[18] ISSCC’07, Keio Univ.
通信距離増大：30mm -> 1.2mm （デバッグなど応用拡大の波及効果）
ISSCC 2007 Technology Directionsセッション採択
“An Attachable Wireless Chip Access Interface for Arbitrary Data Rate by Using Pulse-Based Inductive-Coupling through LSI Package”
Diameter: 1/α
Chip
Thickness: 1/α
Turn: α0.8
Voltage: 1/α
Transistor size:
1/α
Constant
Magnetic Field
Constant Electric Field 1/α
Diameter: 1/α
Chip
Thickness: 1/α
Turn: α0.8
Voltage: 1/α
Transistor size:
1/α
Constant
Magnetic Field
Constant Electric Field 1/α
1/α
３次元のスケーリングシナリオ
Inductive Coupling Link (Communication)
Field Effect Transistor (Computation)
[I]
[x]
[T]
[V]
[n]
[t]~[CV/I]
1/α 1/α 1/α α0.5 1/α 1/α 1 Coil Diameter [D]~[1/x] 1/α
[k] 1
[vRS/vRN] 1 [1/t] α
[ItV] 1/α3 D1.6(I/t)] 1
[1/tD2] α3 [1/D2] α2
Current [I]
Transistor Size [x]
Chip Thickness [T]
Power Supply Voltage [V]
Coil Turn Number (Layer #) [n]
Circuit Delay Time [t]~[CV/I]
Self Inductance
1/α 1/α 1/α α0.8 1/α 1/α 1 [D]~[1/x] 1/α
Magnetic Coupling Coefficient [k] 1
Crosstalk [vRS/vRN] 1 Data Rate / Channel [1/t] α
Energy / Bit [ItV] 1/α3
Receive Signal [v[vRR]~[kn]~[kn22 t)] 1
Aggregated Data Rate / Area[1/tD2] α3 Channel Number / Area [1/D2] α2
[L]~[n2D ]1.6
[L]~[n2D [I]
[x]
[T]
[V]
[n]
[t]~[CV/I]
1/α 1/α 1/α α0.5 1/α 1/α 1 Coil Diameter [D]~[1/x] 1/α
[k] 1
[vRS/vRN] 1 [1/t] α
[ItV] 1/α3 D1.6(I/t)] 1
[1/tD2] α3 [1/D2] α2
Current [I]
Transistor Size [x]
Chip Thickness [T]
Power Supply Voltage [V]
Coil Turn Number (Layer #) [n]
Circuit Delay Time [t]~[CV/I]
Self Inductance
1/α 1/α 1/α α0.8 1/α 1/α 1 [D]~[1/x] 1/α
Magnetic Coupling Coefficient [k] 1
Crosstalk [vRS/vRN] 1 Data Rate / Channel [1/t] α
Energy / Bit [ItV] 1/α3
Receive Signal [v[v[v[vRRRR]~[kn]~[kn]~[kn]~[kn2222 t)] 1
Aggregated Data Rate / Area[1/tD2] α3 Channel Number / Area [1/D2] α2
[L]~[n2D ]1.6
[L]~[n2D1.6 [L]~[n2D ] [L]~[n2D
T. Kuroda, ESSCIRC’06
３次元スケーリングシナリオ提唱（新しい指導原理）
電界一定のスケーリング（MOSFET：演算）
磁界一定のスケーリング（磁界チャネル：通信）
T. Kuroda (67/70)
LSI の無限の可能性
集積度は３年で４倍
2003年に3億トランジスタ （>日本人の人口）
2007年に76億トランジスタ（>世界の人口60億人）
2010年に300億トランジスタ （>人間の脳のニューロン140億本）
LSIは想像を越えた進化を遂げ、未来社会、未来文明を創造していく。
LSIの持つ潜在を引き出し、未来文明の夢を形にしていくのがシステム LSIの研究の楽しさ。
産業の米と称されながらも半導体産業の市場規模はまだGWPの
0.5% （自動車産業で3%） 。エレクトロニクス機器に対する半導体市場 の割合は20%弱である。半導体はR. NoyceやG. Mooreらがフェアチ ャイルド・セミコンダクターを作って50年足らずの新しい技術であり、市 場が十分に消化していない。たとえCMOSのスケーリングが減速しても
、半導体産業は今後も十分な経済的発展の余地がある。
“Optimism is an essential ingredient for innovation.
How else can the individual welcome change over security, adventure over staying in safe place?”
Robert Noyce
“The best way to predict the future is to invent it.”
Alan Kay
明るい未来を創る
T. Kuroda (69/70)
新しい時代の要請
Know How -> Know What -> Know Who
z’80年代（Japan as No1.）：いかに作るかを知っている （職人）
z’90年代：何を作るべきかを知っている （ビジョナリ）
z今後：誰と協働すべきかを知っている （プロデューサ）
人脈回路を活かすことが大切
Device -> Circuit / System -> Business
zシステム設計力 (総合デザイン力)
zビジネス力 (商品企画提案力)
大学の役割
z専門化細分化された学問 -> 学際横断的な総合知