ゲートアレイとは?

最終更新日 2019年10月11日

ゲートアレイとは何か

用語解説 - JEITA JSIA Semiconductor Board には、ゲートアレイについて、以下のとおり書かれています。(この記事の公開年月日は不明)
ASIC の一つ。開発期間と費用を減らして多品種少量の需要にも応えられるセミカスタムのデジタル IC。短期間にLSIが提供できる。基本セルを並べたマスタウェハ(配線の直前のウェハ)を準備しておき,ユーザの論理回路図とタイミングチャートをもとに配線を行う。
ASIC とは Application Specific Integrated Circuit の略であり、特定用途向けに設計・製造される IC(集積回路)のことです。

セミカスタム IC とは、あらかじめ何らかの基本となる回路がある IC(集積回路)のことであり、その状態から特定用途向けに設計・製造されます。何も回路がない状態から設計・製造される IC(集積回路)は、フルカスタム IC と呼びます。

デジタル IC とはデジタル信号を扱う IC(集積回路)であり、デジタル IC における入力信号と出力信号はどちらもデジタル信号です。

LSI とは IC(集積回路)の一種であり、IC(集積回路)の中で規模が大きい IC(集積回路)です。

同記事に基本セルとは何か具体的に書かれていませんが、配線を行えば何らかの機能を追加可能となっている基本的な回路の構成単位を指すと思われます。

ウェハとは、IC(集積回路)を作るために使われる半導体の大きな基板のことです。同記事によると、配線直前のウェハをマスタウェハと呼ぶようです。

論理演算を行う IC(集積回路)は論理回路と呼ぶこともできますが、論理回路を設計する際に論理回路図やタイミングチャートを作ります。

論理回路図とは、AND 等の論理ゲートを表した記号等を使い、人間が理解できるように論理回路を書いた図です。

タイミングチャートは、時間の経過により入力信号や出力信号がどのように変化するのか示すものです。

ゲートアレイ | 日経 xTECH(クロステック) には、ゲートアレイについて、以下のとおり書かれています。(この記事の公開年月日は2006年4月27日)
 チップ上に高さと幅がそろった回路(セル)が規則的に並んでいるセミカスタムLSI。NOTやOR,AND,XORなどの論理ゲートが,チップ上に格子(アレイ)状に並んでいる。通常はセル1つを2入力NANDゲートで構成する。セル内部およびセル間の配線パターンを変えることによって,所望の論理回路を実現する。配線部分以外は「マスタ」と呼ばれるウエハとして,あらかじめ作っておける。そのため,ユーザが発注してからの設計/製造期間がフルカスタムLSIに比べて短い。
配線が終わったらウェハを小さな半導体の板に切り分けて小片にしますが、この小片をチップ(半導体チップ)と呼びます。

JEITA JSIA Semiconductor Board の記事には見られなかった点に注目すると、ゲートアレイに含まれるアレイから推測できますが、何らかの基本となる回路の構成単位であるセルは、格子状に並んでいるようです。

NAND ゲートは否定論理積と呼び、2入力 NAND ゲートは2つの入力信号の AND(論理積)を NOT(否定)します。2つの入力信号と出力信号は、以下のとおりになります。

入力1 入力2 出力
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

同記事によると、ゲートアレイのセルは、通常は2入力 NAND ゲートだそうです。


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