電 子 情 報 デザイン 学 科 藤 野 毅 応 用 演 習 研 究 室 紹 介 26..2 機 能 メモリ 混 載 システムLSI 研 究 室 (Network System On Chip Lab.)
機 能 メモリ 混 載 システムLSI 研 究 室 2 23 年 4 月 開 設 URL: http://www.ritsumei.ac.jp/se/re/fujinolab 構 成 員 教 授 : 藤 野 毅 962.3.7 大 阪 府 生 まれ 23 年 まで 半 導 体 メーカ 勤 務, 専 門 は 集 積 回 路 工 学 全 般 (プロセス:リソグラフィー, 設 計 :メモリ) 大 学 院 生 :M2 7 名,M 5 名 学 部 生 :9 名 ( 内 8 名 大 学 院 進 学 予 定 ) 場 所 :ローム 記 念 館 3F( 個 研 室, 学 生 2),F( 学 生 ) 研 究 内 容 メモリ 混 載 システムLSI 低 コストLSIデザイン 技 術 ネットワーク 技 術 研 究 設 備 LSI 設 計 設 備 (ソフト&ハード) FPGAボード,マイコン(ARM)ボード ネットワーク 実 験 設 備 (Cisco)
本 日 の 内 容 研 究 を 説 明 する 単 語 解 説 可 変 論 理 LSI EB 直 描 暗 号 回 路 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 ビアプログラマブルロジック 回 路 VPEX リコンフィギャラブルロジック 回 路 eplx ネットワークシステムへの 応 用 電 子 印 鑑 LSI 暗 号 / 侵 入 検 知 一 体 型 セキュリティーシステム 3
藤 野 研 究 室 の 研 究 テーマ 新 機 能 メモリを 搭 載 したLSI 設 計 技 術 をコアテクノ ロジーとして メモリの 技 術 を 使 用 した 可 変 論 理 LSI システムLSIの 高 性 能 化 & 低 コスト 化 を 実 現 する 設 計 技 術 を 開 発 し 可 変 論 理 LSI&EB 直 描 で 低 コスト 化 ネットワーク 情 報 機 器 のアプリケーションへ 応 用 暗 号 回 路, 文 字 列 検 索 回 路 4
メモリを 使 った 論 理 素 子 可 変 論 理 LSI? 右 図 のように4ビットのメモリとセレクタを 組 み 合 わ せることにより,2 入 力 のすべての 論 理 を 実 現 でき る(Look Up Tableという) A 5 A B NAND A B F=A B F メモリ を 書 換 A B メモリ 内 容 が,,,の 場 合 はNAND 回 路
FPGAの 構 造 可 変 論 理 LSI? 論 理 変 更 :ロジックエレメント(LUTとFFより 構 成 ) 配 線 変 更 :スイッチマトリックス スイッチマトリックス ロジックエレメント 6
LSIの 設 計 製 造 工 程 EB 直 描? ウエハ 製 造 工 程 設 計 工 程 CADデータ (レイアウトデータ) 成 膜 工 程 マスク 製 作 工 程 フォトマスク (3 枚 程 度 ) 転 写 工 程 ドライエッチング 前 工 程 (ウエハ プロセス) 多 数 のトランジスタ を 作 製 して 相 互 に 配 線 する イオン 注 入 実 装 (アセンブリ) 工 程 後 工 程 7 テスト 工 程
マスク 製 作 工 程 () EB 直 描? 工 程 ごとに 分 離 したパターンを 使 って 下 記 のような 構 造 のフォトマスクを 形 成 する クロム(またはMoSi) 薄 膜 ( 紫 外 線 を 遮 蔽 ) 6インチ( 約 5cm) ~.5μm ~.μm 石 英 ガラス 基 板 ( 紫 外 線 を 透 過 ) 断 面 構 造 外 観 8
マスク 製 作 工 程 (2) EB 直 描? パターンを 形 成 するためには 下 記 のような 電 子 ビーム 描 画 装 置 を 使 用 する 9 電 子 ビーム 描 画 装 置 外 観 ( 日 立 HL7) 電 子 ビーム 描 画 装 置 内 部 構 造
パターン 転 写 装 置 EB 直 描? 光 源 ( 波 長 λ) コンデンサレンズ フォトマスク 投 影 レンズ ( 開 口 数 N.A.) /4~/5 ステージ ステージを 少 しずつ 動 かして つのウエハで 数 十 回 露 光 縮 小 投 影 露 光 装 置 の 原 理 光 転 写 装 置 (ステッパー) 外 観 * 栃 木 ニコンホームページより 引 用
キャラクタプロジェクションEB 直 描 原 理 5μm 角 以 下 の 定 型 パターンは はんこ 押 し で 高 速 のパターン 作 成 が 可 能 (キャラクタプロジェ クション 露 光 ) 装 備 できることのできるキャラク ター 数 が-4 個 のEB 直 描 装 置 が 開 発 済 / 中 5μm EB 直 描? Character Mask
暗 号 技 術 の 用 途 暗 号 回 路? インターネット 上 での 買 い 物 クレジットカード 番 号 の 送 信 時 携 帯 電 話 やPC 紛 失 時 の 対 策 内 部 データ 情 報 を 暗 号 化 して 保 存 ICカード 身 分 証 明, 定 期 券, 電 子 マネー パソコンの 無 線 LAN 接 続 無 線 アクセスポイントとPCの 間 の 通 信 2
3 転 置 暗 号 文 章 の 文 字 の 順 番 を 入 れ 替 える(アナグラム)! l i v e d n a i n o c a r D, O! i c n i V a d o d r a n o e L ランダムに 入 れ 替 えると 復 号 できないので 単 純 には 以 下 のように 変 換 する ん い ざ で う ほ う ょ じ し ん で でんしじょうほうでざいん( 平 文 ) でょでんうざしほいじうん( 暗 号 文 ) 暗 号 鍵 は 4X3のマス 目 暗 号 回 路?
4 換 字 暗 号 () シーザー 暗 号 (アルファベットを 所 定 の 文 字 数 ずらす) R Q P O N M L K J I H G F E D O N M L K J I H G F E D C B A KHOOR( 暗 号 文 ) HELLO( 平 文 ) 変 換 テーブル( 鍵 はシフト 量 3) 暗 号 回 路?
暗 号 回 路? 換 字 暗 号 (2) EXOR 回 路 を 使 用 すると 換 字 処 理 が 簡 単 に 実 現 できる AはASCII コードでは 暗 号 鍵 はASCII コードでは K 5
換 字 暗 号 (3) 暗 号 回 路? 6 同 じ 暗 号 鍵 でE XOR 回 路 を 利 用 すると 復 号 で きる A 暗 号 鍵 暗 号 K 復 号 鍵 復 号 A
共 通 鍵 暗 号 DES,AESなどの 実 用 暗 号 があり 暗 号 回 路? 転 置 処 理 やEXOR 回 路 を 用 いた 換 字 処 理 が 使 用 されて いる 7
暗 号 技 術 暗 号 回 路? 共 通 鍵 暗 号 高 速 DES,AES 鍵 の 配 送 が 問 題 公 開 鍵 暗 号 低 速 RSA 鍵 の 配 送 個 人 認 証 ( 電 子 署 名 ) 8 http://www.atmarkit.co.jp/fnetwork/rensai/pki/pki.htmlより 引 用
公 開 鍵 暗 号 による 個 人 認 証 ( 電 子 署 名 ) Aさんは 平 文 と 自 分 の 秘 密 鍵 で 暗 号 化 した 暗 号 文 を 送 付 Bさんは 送 付 された 暗 号 文 をAさんの 公 開 鍵 で 復 号 化 し 平 文 を 比 較 一 致 すればAさんの 文 章 であることが 証 明 される 暗 号 回 路? 9 この 暗 号 文 を 作 成 できるの は 秘 密 鍵 を 所 有 しているAさ んの 他 にはいないから http://www.atmarkit.co.jp/fnetwork/rensai/pki/pki.htmlより 引 用
本 日 の 内 容 研 究 を 説 明 する 単 語 解 説 可 変 論 理 LSI EB 直 描 暗 号 回 路 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 ビアプログラマブルロジック 回 路 VPEX リコンフィギャラブルロジック 回 路 eplx ネットワークシステムへの 応 用 電 子 印 鑑 LSI 暗 号 / 侵 入 検 知 一 体 型 セキュリティーシステム 2
微 細 化 とともに 増 大 するマスクコスト 9nm 世 代 で 億 円 を 突 破 している 生 涯 生 産 個 数 万 個 でも 円 /chip 2 出 典 :ライトスピード セミコンダクター 社
マスクを 使 用 せず 論 理 変 更 できるLSI ビアプログラマブルロジック 回 路 VPEX ビア2 層 のマスクパターンを 変 更 することで 論 理 を 変 化 させることのできるLSI ビア2 層 はEB 直 描 を 使 用 することで 個 別 LSI を 製 造 可 能 固 定 秘 密 鍵 暗 号 回 路 ( 電 子 印 鑑 )へ 応 用 リコンフィギャラブルロジック 回 路 eplx 2 入 力 のLUTをアレイ 上 に 配 置 したFPGAと 同 様 の 機 能 ( 製 造 後 に 論 理 書 き 換 え 可 能 )を 持 つLSI 暗 号 化 回 路, 文 字 列 検 索 回 路 への 応 用 22
特 徴 LSI? ビアプログラマブルロジックLSI:VPEX EXORゲートをベースとして,V,V3の2つのレイアのマ スクを 切 り 替 えることで 論 理 および 配 線 が 変 更 可 能 なプ ログラマブルロジックLSI V,V3のレイアウトはキャラクタEB 直 接 描 画 に 最 適 化 V,V3の2レイアのビア マスクパターンを 変 更 す ることで 回 路 論 理 を 変 更 23 Confidential LSI 断 面 図 LSI 平 面 図 マスクプログラマブルLSI (EB 直 描 によって 作 成 するビアパターンで 論 理 を 変 更 )
24 IN IN VPEXから 出 力 できる 論 理 : 全 種 類 Confidential 下 記 の 論 理 のみをライブラリとして 使 用 して 論 理 合 成 を 実 施 する XOR BUF BUF INV INV NAND Gnd NAND NOR NOR Gnd IN Gnd Gnd IN Gnd Gnd Gnd Gnd Gnd IN IN3 Bubble AND Bubble OR AND OR AOI2 IN3 Bubble AND Bubble OR AND OR AOI 特 徴 LSI? Gnd Gnd Gnd Gnd Gnd IN IN3 Gnd
VPEXによるAND 回 路 の 構 成 例 特 徴 LSI? 赤 丸 の 部 分 にViaを 打 つことでAND 回 路 が 構 成 できる 水 色 : ゲート 赤 色 : M 黄 色 : M2 印 : コンタクト 緑 色 : 拡 散 薄 赤 : n-well 赤 丸 印 : Via Gnd 25 Confidential レイアウト 図 AND 論 理 の 構 成
本 日 の 内 容 研 究 を 説 明 する 単 語 解 説 可 変 論 理 LSI EB 直 描 暗 号 回 路 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 ビアプログラマブルロジック 回 路 VPEX リコンフィギャラブルロジック 回 路 eplx ネットワークシステムへの 応 用 電 子 印 鑑 LSI 暗 号 / 侵 入 検 知 一 体 型 セキュリティーシステム 26
ネットワーク 実 験 と 研 究 侵 入 検 知 システムSnortの 性 能 評 価 IPv6のトンネリング 実 験 FPGA/ARMマイコンを 使 ったネットワーク 通 信 EthernetポートつきFPGA 27 実 験 室 内 模 擬 ネットワーク 実 験
作 りたいネットワークシステム 例 インターネット 上 の 個 人 認 証 インターネット 上 のサーバーのログイン インターネットの 物 品 購 入 ID/パスワードの 管 理 が 困 りませんか? 公 開 鍵 暗 号 基 盤 (PKI)を 使 い, 個 人 が 保 管 する セキュリティーデバイスに 秘 密 鍵 を 保 管 個 人 認 証 に 使 用 ( 電 子 印 鑑 ) 偽 造 や 改 ざんを 防 止 するために EB 直 描 技 術 を 使 用 したビアプログラマブル LSI を 使 用 する 28
公 開 鍵 暗 号 を 使 用 した 電 子 印 鑑 LSI RSA 公 開 鍵 暗 号 方 式 において 生 成 される 秘 密 鍵 をマスク データとして 埋 め 込 んだ 電 子 印 鑑 LSIを 製 造 し 個 人 が 保 持 上 記 秘 密 鍵 に 対 応 する 公 開 鍵 を 認 証 局 に 登 録 インターネット 上 の 電 子 商 取 引 など,あらゆるパスワードを 要 求 される 場 面 において, 電 子 印 鑑 LSI 上 の 秘 密 鍵 を 用 いた 電 子 署 名 により 本 人 認 証 を 行 なうシステム 公 開 鍵 秘 密 鍵 インターネット 商 店 公 開 鍵 登 録 認 証 局 顧 客 電 子 印 鑑 LSI 復 号 電 子 署 名 付 注 文 書 (RSA 暗 号 化 ) 29 注 文 書
既 存 のセキュリティーデバイス デバイス 例 日 立 KeyMobile NTTエレ Finger Quick Pentio USB Token フラッシュメモリ 公 開 鍵 暗 号 化 ロジックを 搭 載 指 紋 認 証 付 きもあり 日 立 NTT エレ Pentio 3
作 りたいネットワークシステム 例 2 ウイルス 検 知 / 暗 号 化 一 体 型 分 散 セキュリティーシステム 暗 号 化 / 文 字 列 パターンマッチングに リコンフィギャラブ ルロジックLSI を 使 用 する. 暗 号 方 式 A を 使 用 した 安 全 な 通 信 暗 号 化 復 号 化 暗 号 化 復 号 化 インターネット 暗 号 化 復 号 化 暗 号 化 復 号 化 3 侵 入 検 知 盗 聴 改 ざん 暗 号 方 式 B を 使 用 した 安 全 な 通 信
卒 論 までのながれ 応 用 演 習 春 季 演 習 ( 週 回 ) 院 生 ゼミ 演 習 ( 週 2 回 ) 卒 業 論 文 テーマ 選 定 卒 論 目 次 作 成 26/2-27/ 27/2-3 27/4-6 27/7-9 27/2 暗 号 回 路 ( 共 通 鍵, 公 開 鍵 ) 技 術 紹 介 簡 単 なネットワークおよびCプログラミン グの 演 習 LSI 設 計 の 基 礎 (MOSトランジスタ 回 路 ) LSI 設 計 ツール( 回 路 図,レイアウト,SPICE & 論 理 シミュレーション, 論 理 合 成 ) 修 得 FPGAおよびマイコンボード 演 習 ネットワークプログラミング 実 習 Ciscoルータによるネットワーク 構 築 院 生 ゼミの 結 果 から 希 望 調 査 やる 気 のある 学 生 は 夏 休 みも 研 究 9 月 に 正 式 決 定 ( 発 表 ) 卒 論 作 成 前 に 内 容 を 整 理 32 卒 論 提 出 27/2 卒 論 を 出 してスノボ/スキーに! 休 み(ゼミの 無 い 間 )は,3 月 下 旬 ( 春 休 み)に2~3 週 間,8 月 に3~4 週 間 あります.
研 究 室 訪 問 今 週 ~ 来 週 (アポイントメントなし) /5( 木 ) 6:~7:3 /6( 月 ) 7:3~9: 上 記 以 外 の 個 別 相 談 はメイルで 予 約 してください 配 属 直 前 研 究 室 院 生 の 発 表 も 予 定 しています ( 詳 細 日 程 はHPで 確 認 してください) /3 ( 月 ) 7:3~9: 研 究 室 デモ 展 示 /4 ( 火 ) 午 後 院 生 による 研 究 発 表 予 定 /7 ( 金 ) 午 後 教 員 面 談, 院 生 懇 談 予 定 33
終 わりに HDL~レイアウトまで,LSI 設 計 の 実 践 力 を 修 得 しよう 日 進 月 歩 のインターネット 技 術 に 興 味 をもとう LSIの 設 計 技 術 を 応 用 して 安 全 で 快 適 なネットワークシス テムを 実 現 しよう 歓 迎 する 学 生 像 いろいろなことに 好 奇 心 があり 興 味 を 深 めることのできる 人 手 を 動 かして 物 を 作 ってみたい 人 研 究 室 学 生 のWiki(イントラネット)を 見 ると 当 研 究 室 のア クティビティーの 一 端 が 感 じられるでしょう! http://rh5pt2.bkc.ritsumei.ac.jp/wiki/ 34