平成９年２月６日


　　　　　　４０Ｇｂｉｔ／ｓのＡＴＭ交換機用スイッチＬＳＩを開発
　　　　　　─ＡＴＭによるメガメディアの実現に向けて一歩前進─


　ＮＴＴでは、０．２５ミクロンＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸ技術を適用し、従来の４倍の切
り替え速度４０Ｇｂｉｔ／ｓ（世界最高速）をもつＡＴＭ交換機用スイッチＬＳＩを開
発しました。
　ＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸ技術は、素子サイズが０．２５ミクロン以下の最先端領域にお
けるＬＳＩの低消費電力化と高速化のキーテクノロジーとなるＮＴＴ独自の技術です。
　今回の成果は、これまでは研究室レベルであった超高速ＡＴＭ交換機用スイッチＬＳ
Ｉについて、動作速度、消費電力、スイッチ規模などの多くの課題を解決し実用化のフ
ェーズにまで進めたもので、ＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸの優位性をあらためて証明すると同
時に、ＡＴＭによる大容量ネットワークの実現に大きな前進をもたらすものです。
　ＮＴＴでは今後、開発したスイッチを交換機に実装するためのモジュール化技術等、
メガメディアあの実現に向けての研究開発を続けていく予定です。
　また、今回の成果を２月７日にサンフランシスコで開催される国際会議ＩＳＳＣＣに
おいて発表する予定です。

＜開発の背景＞
　マルチメディアの進展がさらに進み、パソコン等の高速処理端末が現在の電話機の台
数並みになったとすると、ネットワークには現在の１０倍以上の処理能力が必要になり
ます。そのためのキーテクノロジーが将来の大容量ネットワークの標準信号転送方式Ａ
ＴＭです。ＡＴＭ交換機用スイッチＬＳＩはそのキーデバイスとして広く国内外で研究
が進められていますが、それらはいずれも超高速性と現実的な低消費電力特性を両立で
きていないのが現状でした。
　ＮＴＴは、高速・低消費電力ＬＳＩを実現する回路技術であるＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸ
を独自に開発してその優位性の確認を進めてきました。昨年２月に発表したゲートアレ
イＬＳＩはこのＳＩＭＯＳ／ＳＩＭＯＸの低消費電力を示す一例ですが、今回の成果は
、ＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸの特長を生かし、実用化を前提とした超高速ＡＴＭ交換機用ス
イッチＬＳＩとして具現化したものです。

＜技術のポイント＞
　今回の開発では、ＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸ本来の特長に以下の技術を加えてＡＴＭ交換
機用スイッチＬＳＩに求められる高いレベルでの高速・低消費電力特性を満たしていま
す。
（１）ＳＩＭＯＸの特長を生かした高速回路構成
　　ＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸは素子の寄生容量を激減できるという特長があります。しか
　し、ゲート容量は従来のＣＭＯＳと同等であるため、ＬＳＩの高速性能を得るために
　は回路上の工夫が必要となります。今回開発したＡＴＭ交換機用スイッチＬＳＩでは
　高速動作を行う回路の素子の接続数を減らすことで動作速度に対するゲート容量の影
　響を低減しています。すなわち、低減された寄生容量に対する充・放電時間が動作速
　度を決めるように回路を構成することでＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸの特長を引き出し、Ｌ
　ＳＩとしての高速化を実現しました。

（２）出力電圧立ち上げ回路の付加
　　ＬＳＩからの出力信号は電圧の高／低で１か０かが表現されます。しかし、出力信
　号が高速になってくると電圧の上がり／下がりが信号速度に追従しきれなくなってし
　まいます。例えば０−１−０と変化する信号を表現すべき時、信号が高速になると電
　圧が０に対応する値から１に対応する値まで上がりきらないうちに次の０に対応する
　値に変えなくてはならなくなり、その結果本来は１を表現する電圧が１か０かの判断
　ができないレベルになってしまいます。
　　今回開発したＡＴＭ交換機用スイッチＬＳＩでは、出力部の電圧の上昇（立ち上げ
　）時にタイミングを合わせて外部から瞬間的に電圧をかけてやる回路を付加し、出力
　信号の高速化を可能にしています。

（３）高品質基板製作技術によるＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸ大規模LSIの実現
　　従来のＳＩＭＯＸ基板は大規模なＬＳＩを作るのには品質にやや不十分な点があり
　ました。ＮＴＴでは独自の高品質ＳＩＭＯＸ基板製作技術を開発し、約９０万個のト
　ランジスタと１１０ｋｂ／ｓのメモリを１０．５ｍｍ×１３．５ｍｍのサイズに作り
　込んでＡＴＭ交換機用スイッチＬＳＩを実現しました。

＜今後の展開＞
　　今回開発したＡＴＭ交換機用スイッチＬＳＩは、スイッチ単体としては実用化に十
　分な処理速度を実現したものです。また、ＣＭＯＳ／ＳＩＭＯＸによる低消費電力特
　性はスイッチの規模を拡大しても消費エネルギー量を現実的なレベルに抑えることを
　可能にしています。
　　ＮＴＴでは、今後このＬＳＩの研究をモジュール化など実際の交換機への実装のフ
　ェーズにすすめ、ＡＴＭによるメガメディア実現に向けた開発を続けていきます。

＜用語解説＞ *1) CMOS/SIMOX 　COMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体） は低消費電力性に優れており、現在のLSIを構成するもっとも基本的な構造です。 　SIMOX(Separation by IMplanted OXygen)は、SOI*構造形成技術の一つで、高層を形 　成するNTTで発明した技術です。 このCMOSをSIMOX基板の上に形成した構造をCMOS/SIMOXと呼んでおり、1/4ミクロン　 以下のディープサブミクロン領域で高速・低電力の優れた性能を示します。 *SOI(Silicon On Insulator):酸化膜などの絶縁物の上に、素子を作り込むためのシリ コン　層を設けた構造 *2) ATM交換機用スイッチLSI 　　ATM(Asynchronous Transfer Made:非同期転送モード)はB-ISDN(Broardband Integrated Services Digital Network)の標準信号転送方式です。信号はすべてサー ビスや速度に関係なく、セルと呼ばれる53バイトの固定長のブロックにより伝達され ます。ATM交換機用スイッチLSIはATM交換機の中枢をなす部品であり、セル内に書かれ ているアドレスを読み、書き換え、そしてアドレスに指定されたポートにセルを転送 します。その速度、容量が多いほど、ATM交換機は多くのセルを高速に処理可能となり ます。 *3)メガメディア 　お客さま間近の電柱際まで、メタル並のコストで経済的に光化が可能な新光アクセ スシステム（πシステム）をベースに、光ファイバケーブルの多芯化、光信号のATM 化、中継系の高速・大容量化を行い、マルチメディアの成熟期を迎える21世紀初頭 に、「メガビット」レベルの情報流通を可能とするメディアのことをいいます。メガ メディアは社会経済システムの根幹をなす貨幣が情報や商品と同じように、電子的に ネットワーク上を流通する豊かな未来社会「エレクトラム・サイバー・サービスを 10Mb/s〜150Mb/sの多彩な速度メニューで提供したいと考えており、具体的な目標とし て、実効スループットとして10Mビットを1秒以内に全国どこへでも転送できるマルチ メディア・ネットワーク・サービスを2005年までに月額1万円程度のコストで実現する べく研究開発を推進していきます。 *4) 寄生容量 　LSI内のトランジスタに付随的に付く容量です。この容量により信号の遅延時間が増 大するため、LSIの高速動作を妨げる一要因となります。

　0.25μmCMOS/SIMOXデバイス技術と、その特長を活かす高速回路技術を用いて、8× 8ATMスイッチLSI試作した。 　入出力部の高速化により、従来の化合物IC(HEMT*1)並みのビットレートを実現する とともに、従来のCMOS-LSIの集積度（リンクの本数）を達成しているため、LSIのス イッチング能力を示すバンド幅は従来の4倍の40Gbpsに向上した。 *1) HEMT(High Electron Mobility Transisitor:高電子移動度トランジスタ） 　　化合物系の半導体で電子が高速に動くことを利用した超高速トランジスタです。 *2) BiCMOS(Bipolar-CMOS LSI) 　高速なバイポーラトランジスタと低電力なMOSトランジスタを同一のシリコンチップ に集積化したLSIです。

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