半導体素子やCPUはどのように設計されて、実際にどのように製造されているのですか？ ①半導体素子は膨

Question

半導体素子やCPUはどのように設計されて、実際にどのように製造されているのですか？

①半導体素子は膨大な数のMOSFETなんかのいわゆるトランジスタ構造が緻密に作られていて、これはリソグラフィなどの印刷技術によって形成されていくらしいですが、そうなるとその印刷に用いる版(マスター)の部分も同じ数の膨大な数のパターンが形成されているはずだと思うのですが、そのマスターを1枚作るのは比較的はやいでしょうか？そのマスターの模様パターンは同じ形の穴が理路整然と並んだ単なる繰り返しパターンになっていますか？(それだと速そうですが)

②これら半導体素子を用いてCPUの基本的な骨格であるアーキテクチャをどういう設計にするかは、設計者が意見を出し合って決めていくと思うのですが、そもそも1つの半導体素子に膨大な数のトランジスタが形成されており、それら1つ1つの微小なトランジスタとその他素子とをどういう回路図で配線を一本一本取り回しをしていくかを決めるには、人が決めていたのでは、1本あたり1秒かかるとした場合、100年経っても設計が終わらないように思うので、ここは人間が大まかな設計だけ決めた後で、各部の詳細設計は何かしらの機械に頼る必要があると思うのですが、どのようにCPU内部の何億本以上もある微小配線の取り回しや、どの位置のトランジスタとどの部分の素子などを繋いでいくかを決定しているのですか？

goorev · Accepted Answer

プロセスルールがあり
今は5nmぐらいかな？
5nmの精度でチップの上にお絵かきをしているのです

xs200 · Answer

ネタで質問しているとしか思えないのでURLを紹介するだけにします

https://kobaweb.ei.st.gunma-u.ac.jp/warehouse/2017-10-31nakatani.pdf

フォトマスクは20から30枚だそうです(P.7)
回路を描くのではなくVHDLで記述します(P.8)

個人でもLSIが作れる時代になってきました
https://developers.google.com/silicon?hl=ja
設計するのは無料ですが、うまくすれば製造も無料でしてくれます

yhr2 · Answer

企業秘密です。
いろいろな企業が、過去数十年の経験や将来予測をしながら、試行錯誤してやっていますよ。
成長した企業、衰退した企業、製造を他企業に委託する企業、すべてを自社内でやろうとする企業などいろいろです。

「基本」は、いろいろな本が出ているの読んで勉強してください。
こんなところで「100字で述べよ」などと言われても無理でしょう。
たとえば
https://www.amazon.co.jp/%E5%9B%B3%E8%A7%A3%E5%85%A5%E9%96%80-%E3%82%88%E3%81%8F%E3%82%8F%E3%81%8B%E3%82%8B%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%BB%E3%82%B9%E3%81%AE%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E3%81%A8%E4%BB%95%E7%B5%84%E3%81%BF-How-nual%E5%9B%B3%E8%A7%A3%E5%85%A5%E9%96%80Visual-Guide-Book/dp/4798062456/ref=sr_1_1_sspa?crid=I2WWT3GX9UCA&dib=eyJ2IjoiMSJ9.xgfyxD7aXOgZ4CRD6kkTat_WAoD0EF0DXPAZFghqNVeCDofI3yIfSJbj8gbnyxQBEWv0xGZku0BDHakfn_JyBew-UZL0dEZQyh7zC-Xd4Dr8LXd6h5OU01OgV9FlOfB5FqMQ9-dX-LTtSJRHCiXK1iWps52dMbOnt0q2I9QlaKb5XJnsdpMZEmaoVx8Gulk4xPBBYQhu_-oCC34d7ZzynKIYOuHr4wPF_LtO28p3wQY.OueEPYax5EPYplYZLPLlTe2B45BgUs9M0NYoJPKmtkY&dib_tag=se&keywords=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%BB%E3%82%B9&qid=1711673700&s=books&sprefix=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%2Cstripbooks%2C161&sr=1-1-spons&sp_csd=d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY&psc=1
https://www.amazon.co.jp/%E3%81%AF%E3%81%98%E3%82%81%E3%81%A6%E3%81%AE%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%BB%E3%82%B9-%E7%8F%BE%E5%A0%B4%E3%81%AE%E5%8D%B3%E6%88%A6%E5%8A%9B-%E5%89%8D%E7%94%B0-%E5%92%8C%E5%A4%AB/dp/4774147494/ref=sr_1_5?crid=I2WWT3GX9UCA&dib=eyJ2IjoiMSJ9.xgfyxD7aXOgZ4CRD6kkTat_WAoD0EF0DXPAZFghqNVeCDofI3yIfSJbj8gbnyxQBEWv0xGZku0BDHakfn_JyBew-UZL0dEZQyh7zC-Xd4Dr8LXd6h5OU01OgV9FlOfB5FqMQ9-dX-LTtSJRHCiXK1iWps52dMbOnt0q2I9QlaKb5XJnsdpMZEmaoVx8Gulk4xPBBYQhu_-oCC34d7ZzynKIYOuHr4wPF_LtO28p3wQY.OueEPYax5EPYplYZLPLlTe2B45BgUs9M0NYoJPKmtkY&dib_tag=se&keywords=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%BB%E3%82%B9&qid=1711673700&s=books&sprefix=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%2Cstripbooks%2C161&sr=1-5

「技術」以外の歴史的背景も学びたければ
https://www.amazon.co.jp/%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%E6%88%A6%E4%BA%89-%E4%B8%96%E7%95%8C%E6%9C%80%E9%87%8D%E8%A6%81%E3%83%86%E3%82%AF%E3%83%8E%E3%83%AD%E3%82%B8%E3%83%BC%E3%82%92%E3%82%81%E3%81%90%E3%82%8B%E5%9B%BD%E5%AE%B6%E9%96%93%E3%81%AE%E6%94%BB%E9%98%B2-%E3%82%AF%E3%83%AA%E3%82%B9%E3%83%BB%E3%83%9F%E3%83%A9%E3%83%BC/dp/447811546X/ref=sr_1_2?crid=9DKSL8RMLNPG&dib=eyJ2IjoiMSJ9.eBELtK8U1iNmbOFdrmhAdxWLmu1W4PpcH4JnpBhUSHHjZyl3jCtA1c3WMepB_RkNTwGMiwnhXInrZUpKYtt09vhPGtXiYnnQNpNyzwPmujgfSUUlk53eukDB29A24_fH9X7qYWdc4B0vK6QbSzI3hRn3zrBVGSNAizANZ8vhHRzgKhpKmepkf1KHsXd2W-euGNNOemHyUs5tsZEXkIm65ZwjHC9WtpjlnE1QSCfppdQ.qF4jAUoczUEATnFhOUSBmlBqdh6QmOgkej9ScPrFuCk&dib_tag=se&keywords=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%E6%88%A6%E4%BA%89&qid=1711673419&s=books&sprefix=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%2Cstripbooks%2C182&sr=1-2
https://www.amazon.co.jp/%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%E7%AB%8B%E5%9B%BD%E3%83%8B%E3%83%83%E3%83%9D%E3%83%B3%E3%81%AE%E9%80%86%E8%A5%B2-2030%E5%BE%A9%E6%B4%BB%E3%82%B7%E3%83%8A%E3%83%AA%E3%82%AA-%E4%B9%85%E4%BF%9D%E7%94%B0-%E9%BE%8D%E4%B9%8B%E4%BB%8B/dp/4296202499/ref=sr_1_5?crid=9DKSL8RMLNPG&dib=eyJ2IjoiMSJ9.eBELtK8U1iNmbOFdrmhAdxWLmu1W4PpcH4JnpBhUSHHjZyl3jCtA1c3WMepB_RkNTwGMiwnhXInrZUpKYtt09vhPGtXiYnnQNpNyzwPmujgfSUUlk53eukDB29A24_fH9X7qYWdc4B0vK6QbSzI3hRn3zrBVGSNAizANZ8vhHRzgKhpKmepkf1KHsXd2W-euGNNOemHyUs5tsZEXkIm65ZwjHC9WtpjlnE1QSCfppdQ.qF4jAUoczUEATnFhOUSBmlBqdh6QmOgkej9ScPrFuCk&dib_tag=se&keywords=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%E6%88%A6%E4%BA%89&qid=1711673419&s=books&sprefix=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E4%BD%93%2Cstripbooks%2C182&sr=1-5

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