プロセスルール - 通信用語の基礎知識

半導体素子の製造プロセスにおいて、どれだけ細い(狭い)線を作れるかを表わす単位。配線の太さの条件(ルール)。マイクロプロセッサーにおける、プロセッサーの集積密度を表わす目安となる。プロセスノードとも。

概要
特徴

細線化
沿革
見所

概要

例えば0.3μmで白黒の縞模様を作ったとすると、白い部分と黒い部分の幅をそれぞれ0.3μmまで細く(狭く)できる。

この時、これを「0.3μmプロセスルール」である、という。

ただ、プロセスルールやプロセスノードという用語は具体的なことが仕様として定まっているわけではなく、各メーカーの自称でしかない。

特徴

細線化

マイクロプロセッサーの性能向上の歴史は、プロセスルール縮小の歴史でもあった。

ダイサイズには限度があるため、一定の面積に多数の回路を組み込むためには、必然的に回路を細くする必要がある。こうして、プロセスルールはどんどん細くなっていった。

逆にいうと、細線化すればするほど一定の面積内に詰め込めるトランジスター数を増やすことができ、もって複雑な回路を置くことが可能になる。

1978(昭和53)年に登場した初代8086は3.0μmプロセスルールで、トランジスター数は2.9万個だったが、その30年後の2008(平成20)年に登場したCore 2 Duoシリーズは45nmプロセスルールで作られ、トランジスタ数は4億1000万個だった。3μm=3000nmなので、30年の間にプロセスルールは約67分の1に縮小され、トランジスタ数は約1万4000倍に増えていることが分かる。

沿革

大まかな細線化の歴史。

半導体製品はなにもCPUばかりでなく、メモリーなどもそうである。したがって、ここはあくまで一例である。

10.0μm(10000nm) ‐ 4004/8008
6.0μm(6000nm) ‐ 8080
3.0μm(3000nm) ‐ 8086/8088
1.5μm(1500nm) ‐ 80286
1.0μm(1000nm) ‐ i386/i486
0.8μm(800nm) ‐ Pentium(P5)
0.6μm(600nm) ‐ Pentium(P54C)/Pentium Pro(P6)
0.35μm(350nm) ‐ Pentium後期製品/Pentium II
0.28μm(280nm) ‐ MMX Pentium ODP(P54CTB)
0.25μm(250nm) ‐ MMX Pentium(Tillamook)/Pentium III(Katmai)
0.22μm(220nm) ‐ PowerPC 750
0.18μm(180nm) ‐ Pentium III(Coppermine)/Pentium 4
0.13μm(180nm) ‐ Pentium 4(Northwood)
0.15μm(150nm) ‐ Emotion Engine
0.13μm(130nm) ‐ PowerPC G5
0.11μm(110nm) ‐ RSX
0.09μm(90nm) ‐ Pentium 4(Prescott)
0.065μm(65nm) ‐ Pentium 4(CedarMill)/Core 2 Duo
0.055μm(55nm) ‐ TSMC
0.045μm(45nm) ‐ Core 2 Duo/Core 2 Quad/Core i7/5(Bloomfield/Lynnfield)
0.040μm(40nm) ‐ ARM Cortex-A9
0.032μm(32nm) ‐ Core i7/5/3(Gulftown/Clarkdale)
0.030μm(30nm) ‐ ?
0.028μm(28nm) ‐ TSMC、Radeon HD 7970、ARM Cortex-A12
0.025μm(25nm)
0.022μm(22nm)
0.014μm(14nm)
0.012μm(12nm)
0.010μm(10nm)
0.007μm(7nm)
0.005μm(5nm)

90nmを過ぎたあたりからは、ほぼnmのみが使われるようになりμm表記はなくなった。

見所

必ずしも細線化一直線というわけではなく、各メーカーの都合などに合わせて選択される。

Intelの65nmと45nm世代の狭間にTSMCは55nmで製造したことがあり、またIntelがCPUを22nmで製造する計画を発表した後、メモリー製造メーカーのエルピーダは25nmでの量産開始を発表するなど。このように、世代を半歩前にずらすことはよくあることである。

また、最先端のCPUが45nmだ32nmだ、いずれは22nmだと言う時代に、組み込み向けのMCUはチャンネルリークを抑えるために130nmや90nmで製造されているものが主流だった。

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