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半導体

砂から取り出したシリコンが、どうして計算をするようになるのか。物質の性質から演算器・メモリ・電力・製造まで。

15章 23基礎 4論文解説 0動かす

この巻は ①教科書 → ②基礎 → ③論文解説 → ④ラボ の順に進むと、前提を飛ばさずに読めます。

① 教科書

  1. 01物質はなぜ電気を通すのか
  2. 02不純物を混ぜる ── ドーピング
  3. 03pn接合 ── 一方通行をつくる
  4. 04MOSFET ── 電圧で開く水門 ★
  5. 05CMOS ── なぜ省電力なのか ★
  6. 06論理から演算器へ ★
  7. 07クロックと同期 ★
  8. 08メモリの階層と「メモリの壁」 ★
  9. 09スケーリング則とその終焉 ★
  10. 10電力の物理 ── なぜ電圧が効くのか ★
  11. 11つくり方 ── ウェハから歩留まりまで ★
  12. 12チップレットと3D実装 ★
  13. 13データを動かすほうが高い ★
  14. 14数の表し方と量子化 ★
  15. 15アクセラレータの設計様式 ★

② 基礎

前提知識を置かずに、その分野の考え方を組み立てる記事。ジャンル順に並べています。

デバイス物理

バンド・ドーピング・pn接合・MOSFET・CMOS

  1. MOSFETを1から — 電圧で開く水門と、リーク電流という現実 無料
  2. 電力バジェットで読むチップ設計 — リークと発熱の物理 ★ 会員
  3. バンド理論を1から — なぜシリコンだったのか 無料
  4. FinFETからGAAへ — トランジスタ立体化の必然 ★ 会員
  5. NANDフラッシュの物理 — 電子を閉じ込めて記憶する ★ 会員

計算機アーキテクチャ

論理回路・クロック・メモリ階層・メモリの壁

  1. メモリの壁を1から — なぜ演算より転送が高いのか ★ 会員
  2. インターコネクト — NVLink・PCIe・光が決めるスケール ★ 会員

スケーリングと電力

ムーアの法則の終焉・電力の物理・データ移動のコスト

  1. 電力の物理 — なぜ電圧を下げると劇的に効くのか ★ 会員
  2. ムーアの法則の実際 — 何が終わり、何が続いているのか 無料
  3. チップレットの経済学 — 大きく作れないから分ける ★ 会員
  4. 熱設計を1から — 3D積層の壁は熱 ★ 会員

製造とパッケージ

ウェハ・露光・歩留まり・チップレット・3D実装

  1. チップはこう作られる — ウェハから歩留まりまで ★ 会員
  2. 先端パッケージング — CoWoS・HBM積層がAIの律速になった ★ 会員
  3. EUVリソグラフィ — 13.5nmの光を作るという狂気 ★ 会員
  4. 歩留まりと設計 — DFMという妥協の技術 ★ 会員

アクセラレータ

数の表し方と量子化・GPU/NPU/TPUの設計様式・エッジ実装

  1. 数の表し方 — FP32からFP8・INT4まで 無料
  2. 推論チップ戦国時代 — Groq・Cerebras・LPUの設計思想 ★ 会員

サプライチェーン

素材・装置・EDA・IP。チップが生まれる前の「上流」で誰が何を握っているか

  1. 半導体サプライチェーン全体地図 — 砂からチップまで誰が何を握るか 無料
  2. 半導体材料の上流 — ウェハ・フォトレジスト・特殊ガス ★ 会員
  3. 製造装置メーカーの世界 — ASML・AMAT・TEL・Lamは何を作っているか ★ 会員
  4. EDAツールを1から — チップは「ソフトウェアで書かれている」 ★ 会員
  5. IPコアとファブレス — Armが1円も製造せず世界を握る仕組み ★ 会員
  6. 半導体の地政学 — 輸出規制とサプライチェーン再編を技術から読む ★ 会員

③ 論文解説

元の論文を読んで書いた解説。各記事に論文ページとPDFへのリンクを付けています。

  1. CPUパイプラインと分岐予測 — 1クロックの中の工場 ★ 会員 arXiv:1801.01203
  2. シストリックアレイ — TPUの心臓部を1から ★ 会員 arXiv:1704.04760
  3. GPUのメモリ階層 — HBM・SRAM・レジスタと「移動が支配する」現実 ★ 会員 arXiv:2205.14135
  4. AIアクセラレータの設計様式 — GPU/NPU/TPUは何が違うのか ★ 会員 arXiv:1704.04760