【ハンドブック】ライフサイクルの長い半導体製品を不都合なく使用するためには

The Semiconductor Lifecycle Solutions 半導体製品の長期的なニーズをサポート ライフサイクルの長い半導体製品 を不都合なく使用するためには 半導体製品の製造中止の 管理は、設計と製品選定の 段階から始まる www.rocelec.jp

ライフサイクルの長い半導体製品を 不都合なく使用するためには 製造中止の管理は、設計と製品選定の段階から始まる 使用する半導体製品の選択に関連するリスクを理解 するには、製品設計や製品定義の段階や半導体メー カーが新製品を導入する時期に、長期的なシステム 開発のタイムラインを深く理解する必要があります。 市場の不整合は、ライフサイクルの短い市場製品ま たはすでに成熟していて製造中止となる可能性が高 い半導体製品を使用して長期的なシステムを設計す る場合に発生します。 アーキテクチャの不整合は、選択したプロセッサの アーキテクチャが明らかにライフサイクルの終わり に近づいている場合、通常はアーキテクチャ変更を 計画しますが、それにかかるコストの問題から、変 更が先々に延期された場合に発生します。 設計での不整合は、意図的に高密度に基板実装をする手法を採用し、仕様変更されることが多い汎用半導体製品を 多く使用したシステムを開発、基板レイアウトを実行すると、仕様変更が原因となる基板設計の不整合が生じます。 開発時に使用する半導体製品の選択をする際は、使用する半導体製品の製造中止などの理由により、予測よりも早 い時期に製品の再設計や再認定が行われる可能性があることを視野に入れる必要があります。 使用製品を選択する際によく行われる手法として、最新のものではなく、これまでに開発した実績のある、古いソ フトウェアやハードウェア・ソリューションを最大限に流用することがありますが、製品開発の進行状況を時間面 でもコスト面でも大きく左右するため、よく採用されています。その際にも、上記のような点を考慮する必要があ ります。これらの不整合について、この後説明していきます。 www.rocelec.jp

ライフサイクルの長い半導体製品を 不都合なく使用するためには 市場の不整合： 簡単で最も効率的だったはずの半導体製品の選択が誤った選択となる場合があります。そのような状態に なることを、半導体製品を選択してから数年以内に計画し、その対策として、必要数量を確保するために 費用を用意していて、その計画に沿って最終購入をするような対策がある場合には実現可能かもしれませ んが、そのような状況を予測し対策することは非常に困難です。 例えば、グラフィック・ドライバの製品ライフサイクルは、軍用や商用の航空電子機器用ディスプレイに 比べて非常に短いと言われています。このような製品ライフサイクルの長い製品を開発する際に、製品ラ イフサイクルが長くない民生市場向けの半導体製品を選択すると、長期的なシステム向けの最初の生産ユ ニットが出荷される前に製造中止となってしまう可能性が高くなります。 このような製品ライフサイクルの短いグラフィック・ドライバ製品を前もって選択する場合は、長期的な システムコストを考慮し、早期にラストタイムバイのための予算を割り当てることが重要です。これは、 軍用または商用の航空電子機器用ディスプレイなどの製品において、民生市場向けの半導体製品のような 製品開発の要件を満たさない可能性がある製品を使用することで発生する可能性がある製造中止の問題を 避けるための対策として必要です。 設計の不整合： ある商用の航空電子機器では、マルチコア動作の制御と複数のプロセッサコアにまたがる投機的実行のた め、長い間パワーPCプロセッサのマルチコア・アーキテクチャの製品を長期間使い続けていました。既存 のマルチコア・パワーPC製品は、商用航空電子機器向けに認定されており、開発されたソフトウェアも実 証済みです。 しかし、パワーPCアーキテクチャの製品ライフサイクルの終わりは目前まで迫っています。商用航空電子 機器市場がARMやRISCVを新たなアーキテクチャとして採用するのは時間の問題です。現在設計されてい るパワーPCベースの製品はすべて、既に10年以上前のプロセッサ技術を使用している製品となっています。 基板設計の不整合： DRAMを可能な限り詰め込みたいという思惑は常にあります。多くのシステムには、製品を強化するため、 あるいは製品ファミリーの中で階層を設けるために、さまざまな量のDRAMが搭載されています。その DRAMをできるだけ小さなスペースに詰め込むことは、利点となりえます。 しかし、15～20年という長期にわたるシステムの課題は、その間のDRAM技術が大きく進化することです。 このような進化を予測し、戦略的にボードレイアウトを設計することで、将来の変更の必要性を最小限に 抑えることが重要です。 市場の不整合： 一般的にメモリ製品はライフサイクルが短いシステム向けに設計されています。最大手のメモリ製品の メーカーは、DDR3を製品ラインアップとして揃えておりません。しかし、このDDR3は最新のパワーPC 製品でサポートされている主要なメモリ製品となっています。長期的なメモリ製品の手配・入手計画を立 てずに、製品ライフサイクルの長いシステムを設計することは問題となります。 メモリは何十年もの間、技術開発などで、変化や動きの速い製品でした。データセンターの需要や、ポー タブル製品の需要に対応するため、メモリの技術革新は急速なペースで進んでいます。製品ライフサイク ルが長いシステムを使用した場合には、すべてのメモリの製品ライフサイクルが短いため、市場との不整 合が発生します。 www.rocelec.jp

ライフサイクルの長い半導体製品を 不都合なく使用するためには 考えるべき問題：  アプリケーションのライフサイクルにおいて、使用する製品のライフサイクルの状況は？ 使用する半導体製品の選択においては、最終製品のライフサイクルを考慮する必要があるだけでなく、半 導体製品のライフサイクルがいつ始まったのか、また使用する半導体製品のライフサイクルの開始日と終 了日を考慮する必要があります。適切な半導体製品を選択するということは、製品の日付を全ての半導体 製品の日付と合わせるということになります。  設計の主要な構成要素が包括的に文書化されていますか？ ソフトウェアは、ハードウェアに比べて変更コストが約10倍かかります。ソフトウェアによって直接制御 される半導体製品は、長期的なシステム出荷を維持する上で最も重要な要素となります。これらの半導体 製品は、一般的にBOMの中で最も高価なアイテムです。長期的なシステム維持のリスクを軽減するために は、このようなタイプの半導体製品に関連する文書化とアーカイブの要件を高める必要があります。  設計段階で開発した設計ファイル(VHDL、Verilog、スパイス・モデル、制約、ソース・テスト・ベク タ)を記録し保管して、不測の事態が発生した場合に再構築することが可能な対策を講じることはできま すか？ この問題は、最も複雑で、高価なシステムで、特にソフトウェアに依存する製品に関係しています。メン テナンスのリスクを最小限にするには、これらの製品において関連情報を含むすべての情報の記録を作成 することが極めて重要です。そしてこれらの記録は、EDAツールやオペレーティングシステムから独立し ている必要があります。  設計時に独自の知的財産を、特定の半導体製品に使用することで、そのシステムを開発していますか？ もしそうであれば、半導体製品が製造中止になった際に、別の半導体製品を使用して再構築することが困 難な場合や、再構築できたとしても、新しいシステムとなるために、再認証の対象になる可能性がありま す。 www.rocelec.jp

ライフサイクルの長い半導体製品を 不都合なく使用するためには IPコア組込み製品、特にFPGAやASICではありふれたものとなっています。 しかし、このようなIPコアを組込んだ製品において、その製品が製造中止となるリスクを考慮に入れ、開 発時に予測し計画していない場合、移管性と持続可能性をほぼ不可能にしてしまう場合もあります。 移管性や持続可能性が不可能となった場合は、必要な数量を全て確保するために全額出資をして最終購入 を行うのか、あるいは、ある技術から別の技術への移譲を可能にする、別のIPライセンスを追加費用を支 払い入手することで、移管を可能にする必要があるかもしれません。 各半導体メーカーが提供しているアプリケーション等を使用、必要とするIPコアを選択し、自動的に生成 されるIPコアを組込むだけでは(おそらく簡単にできるからですが)、堅実な長期的システム計画とは言えま せん。 設計段階から、長期的な視点を持って、使用するIPコアを選択しながら、長期的な計画を立てたうえで適 切なＩＰコアを組込んでおかないと、何年後かに使用する半導体製品が製造中止となった際に、移管する 必要となり新たな半導体製品を使用して、ＩＰコアを選択することろから始めることは不可能になってし まうかもしれません。 www.rocelec.jp