LSIのレジスタ領域を強誘電体コンデンサで不揮発化することでLSI内部の演算処理状況を保持できる不揮発性ロジック技術

　ロームは、ＬＳＩのレジスタに強誘電体コンデンサを設けレジスタ領域を不揮発化することで、電源を切ってもＬＳＩ内部の演算処理状況を保持できる不揮発ロジック技術の開発に世界で初めて成功した。

　今回の不揮発性ロジック技術を用い、０・３５マイクロメートルＣＭＯＳプロセスで８ビット不揮発ＣＰＵを試作。ＣＰＵの待機時消費電力をゼロにでき、ＣＰＵレベルの消費電力を従来のＣＭＯＳベースＣＰＵの約７０％削減できることを確認した。

　ＣＰＵを内部の機能ブロックレベルで電源を遮断する設計にすれば、ＣＰＵの消費電力を従来ＣＭＯＳベースＣＰＵよりも約８５％以上削減できるとみている。さらにブロック内部のレジスタ・演算回路レベルで電源を遮断する設計にすることで、ＣＰＵ消費電力を従来ＣＭＯＳベースＣＰＵと比べ約９５％以上の削減が可能になると期待している。

　これまでの低消費電力化技術であるゲーテッドロック技術は、演算処理を行っていない回路のクロックを停止することで消費電力を削減できるが、漏れ電流を削減できなかった。

　パワーゲーティング技術も演算処理を行っていない回路の電源を遮断することで漏れ電流は削減できるが、レジスタの電源を切れないため、レジスタの漏れ電流は残るという課題があった。これに対し、不揮発ロジック技術はロジック、レジスタの電源をすべて遮断。待機消費電力をゼロにし、レジスタを分離する必要もない。

　ＣＰＵをはじめ、ＤＳＰ、コントローラＩＣ、シーケンサＩＣなど、あらゆるロジックＬＳＩを電源を切ってもＬＳＩ内部のデータが消えない不揮発性ロジックＬＳＩにできる。アナログＬＳＩのゲイン調整や抵抗値調整といったトリミングを電気的にプログラムして記憶させることにも使える。

　１年後の量産を目指し、京都本社工場に０.１３マイクロメートルプロセスの不揮発性ロジックＬＳＩ量産ラインを設置する準備に入った。家電用の４ビット、８ビットマイコンなどから量産する予定。

　開発した技術は、ロームが９５年に世界に先駆けて量産を開始した強誘電体メモリーＦｅＲＡＭで培ったチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）強誘電体技術をロジックＬＳＩに応用。

　演算処理中は強誘電体コンデンサを演算回路から切り離し、電源を遮断するときだけ強誘電体コンデンサを演算回路に接続する独自の強誘電体セパレート構造にしてロジックＬＳＩのレジスタ領域に採用した。

　演算回路に強誘電体コンデンサを追加すると負荷容量となり、ＬＳＩのロジック性能と信頼性が損なわれるという従来の課題を解決し、不揮発性ロジックＬＳＩを開発できた。