新年のご挨拶 What's New in DesignWare IP? 不揮発性メモリーの適用範囲を新市場へ拡大 シニア R&D マネージャ Troy Gilliland 不揮発性メモリー（NVM）に対するニーズが高まる中、これらのシステム要件を満たすために最先端の NVM テクノロジが多く採用されるよ うになっています。本稿では、これらの市場で重要な要件となる消費電力、面積、信頼性の 3 つに着目し、それらに対する要求が時代とと もにどのように変化しているかについてご説明します。シノプシスは、デバイスレベルおよびデザインレベルの画期的な特許技術によって と性能に与える影響についても見ていきます。 どのように移動するかについて高度な知識が必要です。開発プロセスにおい センサー・システムにおける書き込み耐性の重要性 て電圧、電流、製造レベル・ストレス要因を監視し、さまざまな製造材料お 最近では、リアルタイム・データ・ロガーの利用がますます盛んになってい よびレイアウトに合わせて最適な性能を得るには、このような高度な知識が ます。血圧の測定から鋼橋にかかるリアルタイムの応力計測まで、センサー・ 物を言います（図 2）。 代へと向かっており、マルチタイム・プログラマブル（MTP）NVM の書き込 Industry Trend ネットワークの急速な拡大によって、データ収集、集約、解析は急速に新時 消費電力と面積の削減 み耐性に対する要求は高まるばかりです。 シノプシス幹部からの 新年のご挨拶 NVM IP の面積と消費電力を従来世代から 50% 以上削減することに成功しました。これらのイノベーションがシステムレベルのデザイン News Release NFC（Near-Field Communication）、RFID（Radio-Frequency Identification）、高度なセンサーといったアプリケーション分野で ニュースリリース シノプシス 消費電力と聞いてまず思い浮かぶのがバッテリ動作時間ですが、消費電力は 面積と動的性能にも影響します。消費電力を下げると、バッテリまたは RF EEPROM の容量とデータ書き込み頻度によって変わります。それによって を電源とする MTP NVM デバイスの動作時間が長くなる、より遠くの場所で 面積と消費電力だけでなく（一般に EEPROM は容量が大きいほど消費電力も 利用できる、アンテナを小型化できるなど、システム性能が向上します。また、 大きい）、書き込み耐性とデータ保持期間に関する要件も変わってきます。 消費電力を削減すればシステムの面積を抑えてコストを削減できるほか、 パッケージの選択肢も広がります。多くの場合、消費電力と面積は連動して おり、これら 2 つを削減することで RFID や IoT（Internet-of-Things）など でカスタム・デバイス、最先端のツール、および革新的 IP を使用する必要 の新しいアプリケーションが可能になります。 データを毎時保存する場合： 年間 8,760 回の 書き込みサイクルが発生 What’s New in DesignWare IP? データを毎分保存する場合： 年間 381,600 回の 書き込みサイクルが発生 最新技術情報 があります。MTP NVM を理解するには、書き込み / 消去サイクルで電荷が センサー SoC コーヒーポットの 電源は切った？ センサー MTP EEPROM RF 図 1. 書き込み耐性とデータ保持期間のトレードオフは MTP NVM の面積と消費電力の要件にも影響 MTP MT EEPROM 物理 カスタム・デバイス テスト・データ 検証編 ADC Support Q&A 雨漏りは していない？ フィジカル編 今の体温は？ Support Q&A マイクロコントローラ アナログ 論理合成編 今日の歩数は？ ROM / SRAM Support Q&A デジタル 自動車の現在地は？ ツール / モデリング 図 2. MTP NVM の開発には多くの分野で高度なノウハウが必要 Technology Update 書き込み耐性の要件を満たすには、物理現象の基礎をしっかりと押さえた上 Customer Highlight 図 1 に 示 す よ う に、セ ン サ ー・シ ス テ ム に 求 め ら れ る 要 件 は、必 要 な 19 What's New in DesignWare IP? 不揮発性メモリーの適用範囲を新市場へ拡大 前ページより続く アンチヒューズ（酸化膜破壊） 浮遊ゲート（FN トンネリング） IVPP VPP A IVPP 書き込み電圧︵V︶ 電子の移動 VPP 酸化膜 破壊 浮遊ゲート カップリング キャパシタ VPP -1V （V） VPP +1V Y Y FG 書き込み電流︵A︶ 10-2 10-2 10-6 10-6 （A） 10-8 YY 10-10 A Y uA's 10-8 10-10 pA's 10-12 10-12 時間（秒） 時間（秒） 図 3. NVM テクノロジの種類による消費電力の違い 消費電力を重視する場合は、まず NVM テクノロジの評価を行った後、シス 低消費電力 / 低コストのアプリケーションでは、NVM を正しく選択するこ テムで必要な NVM の容量のバランスをとるというアプローチが効果的です。 とが特に重要となります。具体的には、以下の点を考慮して NVM を選ぶよ たとえば、消費電流は NVM の書き込みメカニズム（電子注入、アンチヒュー うにします。 ズ、FNトンネリングなど）によっても異なるほか、一般的に高密度なメモリー の方がピーク電流と平均電流は大きくなります。図 3 は、2 つの一般的な書 き込み方式を比較したものです。各方式によって支持回路が異なるため、 NVM の全体的な面積も異なってきます。 1. NVM テクノロジについて十分理解しているか ● ● 消費電力が重要な差別化要因であるか そのテクノロジは成熟しており製造性が高いか 2. NVM の性能がシステム内の他のコンポーネントに影響するか また、NVM テクノロジと密度の選択によってはシステムレベルで他のコン ポーネントに悪影響を与えることもあるため注意が必要です。たとえば高イ ンピーダンスの電源を使用するアプリケーションの場合、ピーク電流が大き いとシステム VDD が低下し、他のオンチップ・コンポーネントの動作電圧 に満たなくなることがあります。電圧レギュレータとバッテリのサイズを物 ● NVM の性能によって他のコンポーネントの面積や消費電力が変化するか 3. NVM ソリューションの密度がシステムレベルで面積と消費電力に影響す るか ● ● 小容量の MTP / NVM と ROM の組み合わせが可能か 大容量の MTP / NVM が必要か 理的に大きくすれば、システムレベルで大電流に対処することも可能ですが、 それでは製品のサイズ、コスト、性能が犠牲になります（図 4）。 10mA 電圧降下が大きい IDD 10μA 電圧降下が小さい t IDD が大きいと VDD が低くなり、 システム性能が低下 VDD IN OUT +IDD*Rout- MTP NVM ROM / SRAM マイクロコントローラ VREF 整流器 20 図 4. ローパワー 電圧レギュレータ アナログ PLL アプリケーションではピーク / 平均電流がシステムの他のコンポーネントに影響 0.5 NVM はパスワードや GPS 設定など、さまざまなデータの保存に使われます た上で、これらのニーズを満たすことのできる実績と技術力を持った NVM 0.3 大幅な技術革新 0.2 0.1 サプライヤを選ぶ必要があります。NVM IP を採用する際は、以下の点につ 0 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 年 ● データ保持期間と書き込み耐性 ● 製造性と歩留まり ● 性能（現在だけでなく将来的な性能も含む） 図 5. シノプシスの技術革新により、縮小を続ける 180nm MTP NVM IP の面積 シノプシスは 180nm ノードの 1Kb MTP NVM の面積を継続的に縮小してき 標準的なスペックやデータを調べてみても、NVM 技術を表面的に比較した ました。 この面積の縮小と併せ、シノプシスはメタライゼーションと消費電力も削減 しています（図6）。シノプシスはユーザー企業との緊密な協業を通じ、面積、 サプライヤの過去の成長実績および変化する市場への適応力 消費電力、性能に対するユーザー・ニーズを満たした MTP NVM IP の開発 ● サポートされる製造オプション に取り組んできました。 ● サポートされる品質レベル（商用、産業用、車載など） ● データ保持期間（およびその期間におけるサプライヤの存続性） 1. 面積の縮小 → キャパシタンスと消費電力を削減 ● シノプシス DesignWare MTP NVM IP の技術革新 シノプシスの 180nm MTP NVM テクノロジは、2003 年に初めて製品化さ 注力し、デザインのコスト削減に貢献しています。図5からも分かるように、 ● 内部ドライバの最適化により、ピークおよび平均電力を削減 3. 効率の向上 → 少ない電力で長時間動作 ● 画期的な HV 回路により、容量性負荷およびアナログ / デジタルの複雑 さを軽減 フィジカル編 Support Q&A 検証編 Support Q&A 2013 論理合成編 2011 VDD=1.3V I VDD=4μA 時間 <1ms Support Q&A 16b ワード 書き込み / 消去 面積を縮小、ピーク電流を削減、 効率が向上、 メタライゼーションを削減 180nm 3.3V 1Kb What’s New in DesignWare IP? 消費電力を 90% 削減、 面積を 1/2 に縮小 最新技術情報 ての地位を揺るぎないものにするため、シノプシスは面積の縮小に一貫して 2. スルー・レート制御 → ピーク電力の削減 180nm 3.3V 1Kb 図 6. 面積を縮小し、消費電力を抑えたシノプシスの DesignWare MTP NVM IP 詳細情報 ● DesignWare MTP NVM IP ソリューション Technology Update れて以来、累計出荷数は 30 億を超えています。テクノロジ・リーダーとし 画期的なビットセルおよび HV アーキテクチャにより、面積と容量性負 荷を最小化 Customer Highlight ● Industry Trend ことにしかなりません。NVM IP のサプライヤを選定する際は、以下の点に ついても考慮が必要です。 シノプシス幹部からの 新年のご挨拶 いてどのような要件があるのかを把握しておくことが重要です。 News Release ません。まず、製品開発の段階でアプリケーション・ニーズを十分に評価し ニュースリリース しかし、こうしたユーザーの絶対的な信用に応えるのは簡単なことではあり 0.4 IP 面積（mm2） が、ユーザーは NVM が正常に動作するのは当たり前のことと考えています。 新年のご挨拶 180nm / 3.3V ロジック MTP NVM IP の面積（1Kb） NMV IP ソリューションに求められる万全の信頼性 http://www.synopsys.com/JP2/IP/SRAMandLibraries/NVM 21
© Copyright 2024 ExpyDoc
