公開日27 Feb 2023
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半導体技術の発展は、人類の文明における重要な前進である。接続された世界の基盤を支える半導体革命は、しかし、検証設備なしには不完全なものとなった。
19世紀初頭から、トーマス・ゼーベックとマイケル・ファラデーの研究により、ある物質の電気的特性の可能性が実証された。その後の数年間は、セレン、銅、金属硫化物などの材料が伝導と整流の驚くべき特性を示すなど、断片的な開発例しか見られなかった。
しかし世紀が終わりに近づくにつれ、1874年にカール・フェルディナント・ブラウンが水晶検出器を開発し、1880年にはアレクサンダー・グラハム・ベルがセレンを使って光ビームで音を伝達するなど、半導体を使った実用的なデバイスが作られ始めた。
これらの現象からより大きな意味を得るためには、固体物理学の統一的な基礎が必要であった。その後の発展は、半導体を使ったより高性能なデバイスを作るための確かな指針となり、今日の世界への道を開くことになる。
半導体の存在に現代世界の存立を委ねるのは、他のどんな特異な側面にとっても無理な注文だろう。半導体は例外である。半導体の技術は、今日の私たちの生活に欠かせないものだ。私たちが手にする携帯電話から自動車に至るまで、あらゆる技術的機能やプロセスは半導体を起源としている。
多くの最先端分野で、半導体は今日際立っている。例えば、間近に迫った5Gデバイスの普及と世界的なデータ量の増加（2025年までに163ゼタバイトへ）により、半導体のメモリ出力の増大と高性能化が必要になる。このような半導体の進歩があって初めて、この第5世代ネットワーク規格の可能性をフルに発揮することができる。
AIとアナリティクスは、特にハイパフォーマンス・コンピューティング（HPC）の台頭とともに、現代のデジタル・パラダイムに不可欠な要素となっている。そして半導体はHPCの中心にある。Report Oceanは、2027年のHPCチップセット市場の評価額を136億8000万米ドルとしている。同様に、コネクテッドデバイスや医療技術のような分野でも、半導体は依然として不可欠である。
半導体を構成するコンポーネントには4つある。それらは以下の通りである：
- 超大規模集積 (VLSI)
- システム設計
- プラットフォーム・ソフトウェアとミドルウェア
- バリデーション
これまでの3回のブログ記事では、最初の3つの半導体の構成要素について説明したが、パート4では、半導体製造の最後の構成要素であるバリデーションに焦点を当てる。
本シリーズのこれまでのブログ記事で、半導体集積回路（IC）の製造に関わるすべてのプロセスを理解してきた。バリデーションの内容を理解するためには、これらのプロセスの背景を加える必要がある。というのも、バリデーションに至るまでの過程で、半導体メーカーは設計全体の一部として新しいコンポーネントを作るためにかなりの費用を費やしているからだ。非常に多くの複雑なタスクが極小レベルで発生するため、ICがエンドユーザーが望むようなあらゆる可能な条件やユースケースの下で完全かつ適切に機能することが不可欠である。これがバリデーションです。
企業の複数の製造部門にまたがる様々な環境下で、バリデーションに関わるステップの数や名称は様々である。例えば、検証は半導体のプロセス全体で行われることが多く、設計が所定の設計仕様に照らしてテストされ、機能的な正しさが保証される。テストはまた、製造および/または生産段階でも実施され、ランダム欠陥、故障、信頼性をチェックする。バリデーションの一部とみなされることもあれば、バリデーション終了後に行われるバリデーションとは別のものとみなされることもある。
バリデーションには、多くの場合、プレシリコンバリデーションとポストシリコンバリデーションの2つのフェーズがある。プリ・シリコン・バリデーションは、シミュレーション、エミュレーション、フォーマル検証のための高度なツールを備えた仮想環境で、ICが利用可能になる前に行われる。ポストシリコン検証は、市販のシステムボードやロジックアナライザ、アサーションベースツールを用いて、実際のICとそれを含むデバイスを実環境で検証します。これは実際の使用状況をシミュレートし、製品リリース前に潜在的な欠陥を明らかにするのに役立つ。
バリデーションは、半導体開発手法の他のどのプロセスよりも、製造されたチップの最終的な運命に責任を負う。消費者の厳しい要求に応えるため、厳しい納期の中で、限りなく小さな回路の無数の側面をチェックする必要がある。製造のわずかな遅れや、最悪の場合、最終製品の製造ミスでさえ、何億ドルもの損失につながりかねない。このため、バリデーションは半導体製造において非常に貴重なものとなっている。
この作業の複雑さと重要性を考えると、半導体のバリデーション、特にポスト・シリコン・バリデーションの大部分が、今日でも手作業で行われていることは、まったく驚くべきことではない。これは、メーカーが負担するコストの増加につながります。
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半導体分野におけるLTTSの実証済みの経験が、どのように大手OEMに有意義な成功をもたらしたかについては、こちらをご覧ください。
これをもって、現代のエレクトロニクスの頭脳である半導体に関する4回にわたるブログ・シリーズを終了します。半導体を理解し、無限のユースケースを探求するきっかけになれば幸いです。LTTSが提供する半導体がお客様の組織にどのように役立つかについて、詳しくはこちらをクリックしてください。
