一時的な故障は宇宙線のせい？　LSIの信頼性を高める

LSIの信頼性を高める

今、スマートフォンやコンピュータだけでなくほとんどの電気で動くものに、電子制御のためのLSI（大規模集積回路）が使われています。LSIは1cm角程度のシリコン半導体チップの上に100億個を超えるトランジスタを載せて回路をつくった部品です。トランジスタとは電気信号の増幅やオン・オフの切り替えをするものです。チップが野球のグラウンドだとすると、そこにボールペンでびっしりと線を引くようなスケール感で電気信号の経路が張り巡らされています。
LSIが故障すると機器の誤作動を招きます。特に、医療機器や自動車、スーパーコンピュータ、通信システムなどの誤作動は、人命や巨額の財産を失うリスクもあります。そのため、LSIの信頼性を高める技術が求められています。

素材の経年劣化を防ぐ

LSIの故障原因の一つに、酸化膜などの素材の経年劣化があります。これまで、どのように劣化していくかはっきりわかっていませんでした。そこで、自動車に使うLSIを、走行時の最悪の環境（125℃、0・75V）で動作させて、145日間にわたる計測が行われました。その結果、一定のパターンで性能が悪くなることがわかり、先々の劣化を見込んで設計するなど、誤作動を防ぐ対策を取ることが可能になりました。

宇宙線が悪さをする？

また、LSIには「ソフトエラー」による故障もあります。再起動したら治るような一時的な故障のほとんどが、ソフトエラーの可能性があると言われています。
ソフトエラーは、宇宙から来る中性子などの「宇宙線」による現象です。LSIのシリコン原子に中性子が当たって核反応が起こると放射線が出ます。それが、トランジスタのオン・オフの信号が逆になる現象を起こすのです。現在では、たとえ信号が逆になっても正せるように、重要な機器には二重、三重に同様の回路をつくる対策が講じられています。今後に向けて、回路の多重化により増える面積や負荷を減らす研究が進められています。

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先生情報 / 大学情報

京都工芸繊維大学工芸科学部設計工学域電子システム工学課程教授小林和淑先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

情報ネットワーク、通信工学

メッセージ

シリコン半導体は、「産業の米」と呼ばれるほどに産業になくてはならないものです。LSIがなければ、ゲームも車もつくることができません。より大量に安定的に生産できることと同時に、その性能と信頼性を高めることが大切なので、今後、半導体技術はますます求められていくでしょう。半導体関連のエンジニアをめざすなら、ぜひ、数学や物理を頑張ってください。研究も生産もグローバルになっているので、英語も必要です。そして、プログラミングや電子工作など、コンピュータの中身に興味を持ってほしいです。

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歴史都市京都にあって、本学は、伝統文化や伝統産業との深い結びつきを背景に、工芸学と繊維学にかかわる幅広い分野で常に先端科学の学理を探求し、「人に優しい実学」　を志向する教育研究によって、広く産業界や社会に貢献してきました。さらに、本学は、長い歴史の中で培った学問的蓄積の上に、感性を重視した人間性の涵養、自然環境との共生、芸術的創造性との協働などを特に意識した「新しい実学」を開拓し、伝統と先端が織りなす文化を創出する「感性豊かな国際的工科大学」を目指します。