3. デバイス設計・回路
トランジスタを組み合わせた論理回路から、プロセッサ、メモリ、アナログ回路、設計の進め方までを学びます。
論理回路
- スイッチで計算する：CMOSインバーターコンピューターが「0」と「1」の組み合わせで計算する仕組みと、nMOSとpMOSを一つずつ組み合わせて入力を反転させるCMOSインバーターの動きを説明する。CMOSが電力を抑えられる理由も扱う。
- 組み合わせて計算し、覚える：論理ゲートと記憶の回路インバーターと同じ考え方で作るNANDゲートやNORゲートの仕組みと、論理ゲートを組み合わせて足し算をする回路、出力を入力に戻して0と1を覚えておく回路、全体の歩調をそろえるクロックを説明する。
ロジックとメモリ
- 命令を実行する：プロセッサーの仕組み論理ゲートと記憶の回路を組み合わせて作るプロセッサーが、命令を取り出し、読み解き、実行する流れを説明する。計算の部分と記憶の部分の役割、作業を重ねて速くする工夫、メモリとの速さの差を埋める工夫、目的に合わせたプロセッサーの種類を扱う。
- 情報を覚える：メモリ（DRAMとNAND型フラッシュ）情報を0と1で覚えておく半導体メモリのうち、コンデンサーにためた電気で覚えるDRAMと、電源を切っても電子を閉じ込めて覚えておくNAND型フラッシュメモリの仕組みと、使い分けを説明する。
アナログ回路
- 連続した信号を扱う：アナログ半導体0と1ではなく、連続して変わる大きさの信号を扱うアナログ半導体の役割を説明する。現実の世界とデジタルの計算をつなぐ変換、小さな信号を大きくする増幅、電源の電圧を整える回路と、アナログ回路を作る難しさを扱う。
設計の進め方
- 働きを形にする：チップの設計の流れチップが、どんな働きをするかを決める段階から、論理ゲートの組み合わせに直し、配置と配線を決めて、製造に使う図面のデータにするまでの設計の流れを説明する。設計を確かめる作業の重さと、設計の道具や設計の部品の役割を扱う。
- 回路設計（設計ツールを含む）半導体の回路を設計し、製造に使う設計データを作る工程。