特許 7284465 信号線の接続方法、プログラム、及び、半導体集積回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-23

(45)【発行日】2023-05-31

(54)【発明の名称】信号線の接続方法、プログラム、及び、半導体集積回路

(51)【国際特許分類】

   H03K 19/173 20060101AFI20230524BHJP

   H03K 19/177 20200101ALI20230524BHJP

【ＦＩ】

H03K19/173 150

H03K19/177

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021541386

(86)(22)【出願日】2019-08-20

(86)【国際出願番号】 JP2019032455

(87)【国際公開番号】W WO2021033266

(87)【国際公開日】2021-02-25

【審査請求日】2022-07-04

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用 平成３０年８月２２日にインターネットアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｉｐｓｊ．ｉｘｓｑ．ｎｉｉ．ａｃ．ｊｐ／ｅｊ／？ａｃｔｉｏｎ＝ｐａｇｅｓ＿ｖｉｅｗ＿ｍａｉｎ＆ａｃｔｉｖｅ＿ａｃｔｉｏｎ＝ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ＿ｖｉｅｗ＿ｍａｉｎ＿ｉｔｅｍ＿ｄｅｔａｉｌ＆ｉｔｅｍ＿ｉｄ＝１９０８８８＆ｉｔｅｍ＿ｎｏ＝１＆ｐａｇｅ＿ｉｄ＝１３＆ｂｌｏｃｋ＿ｉｄ＝８にて公開 平成３０年８月２９日にＤＡシンポジウム２０１８にて発表 平成３０年１１月５日にインターネットアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｄｌ．ａｃｍ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／１０．１１４５／３２４０７６５．３２４０８４９にて公開 平成３０年１１月６日にＩＥＥＥ／ＡＣＭ ２０１８ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ（ＩＣＣＡＤ ２０１８）にて発表 平成３０年１１月３０日に第３５回ＯＡＣＩＳシンポジウムにて発表 令和１年５月８日にインターネットアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｅｉｃｅ．ｏｒｇ／ｋｅｎ／ｐａｐｅｒ／２０１９０５１５Ｎ１Ｎｄ／にて公開 令和１年５月１５日にＩＥＩＣＥ－ＶＬＤ，ＩＰＳＪ－ＳＬＤＭ ５月研究会にて発表

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業、「再構成可能チップのテストに関する研究」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(73)【特許権者】

【識別番号】520041932

【氏名又は名称】ナノブリッジ・セミコンダクター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 昌宜

(72)【発明者】

【氏名】土井 龍太郎

(72)【発明者】

【氏名】劉 載勲

【審査官】渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－７１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－３７７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－２０４５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９８６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３９１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－７３０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１７８４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｋ １９／１７３

Ｈ０３Ｋ １９／１７７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

格子状に配置された複数の縦方向の信号線と複数の横方向の信号線との複数の交点であって、当該複数の交点のそれぞれに、当該交点における縦方向の信号線と横方向の信号線とを接続する接続状態と、接続しない非接続状態とを切り替えて保持するスイッチが設けられた複数の交点の中から、予め指定された複数の交点である複数の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続する、信号線の接続方法であって、
前記縦方向と前記横方向とのうちの一方の方向の複数の信号線のうち、１以上の前記接続点を有する信号線のそれぞれをノードとし、２つの前記ノード間を接続する１本の他方の信号線のそれぞれを枝とする接続グラフを生成する第１ステップと、
前記接続グラフに基づいて、前記複数の接続点の接続順を決定する第２ステップと、を有し、
前記第２ステップでは、前記複数の接続点のそれぞれを接続する際に、当該接続点以外の交点を接続してしまう経路であるスニークパスが発生しないように、前記接続順を決定する
信号線の接続方法。

【請求項2】

前記接続グラフは、ツリー構造を有する
請求項１に記載の信号線の接続方法。

【請求項3】

前記第２ステップでは、前記ツリー構造における一の子ノードにおける接続点の方が、当該一の子ノードの親ノードにおける接続点よりも後に接続するように、前記接続順を決定する
請求項２に記載の信号線の接続方法。

【請求項4】

前記第２ステップは、さらに、
一のツリー構造における一の葉ノードを選択する第３ステップと、
前記一の葉ノードにおける親ノードへの接続点を前記一のツリー構造において最後に接続する接続点に決定する第４ステップと、
前記一のツリー構造から前記一の葉ノードを除外して新たな一のツリー構造を生成する第５ステップとを含み、
前記第３ステップ～前記第５ステップを繰り返し行うことで、再帰的に前記接続順を決定する
請求項３に記載の信号線の接続方法。

【請求項5】

前記複数の縦方向の信号線と、前記複数の横方向の信号線との接続状態を、予め指定された複数の第１の交点である複数の第１の接続点のそれぞれが接続された第１の接続状態から、予め指定された複数の第２の交点である複数の第２の接続点のそれぞれが接続された第２の接続状態へと変更する場合において、
前記複数の第１の接続点から、前記複数の第１の接続点と前記複数の第２の接続点とで共通する１以上の共通接続点を除外した１以上の第１の非共通接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記接続状態から前記非接続状態へと切り替えることで非接続とする第６ステップと、
前記複数の第２の接続点から、前記１以上の共通接続点を除外した１以上の第２の非共通接続点のそれぞれを対象として、当該第２の非共通接続点を有するノード及び当該ノードの子孫ノードにおける、親ノードへの接続点である１以上の第３の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記接続状態から前記非接続状態へと切り替えることで非接続としてから、当該第２の非共通接続点を、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続して、さらに、前記１以上の第３の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続する第７ステップと、をさらに含み、
前記第７ステップでは、前記第３の接続点の接続順を、前記第１ステップと前記第２ステップとを行うことで決定する
請求項４に記載の信号線の接続方法。

【請求項6】

さらに、前記第３の接続点の数が最小となるツリー構造を探索する第８ステップを有し、
前記第７ステップにおいて、前記子孫ノードは、前記第８ステップにおいて探索されたツリー構造における、前記第２の非共通接続点を有するノードの子孫ノードである
請求項５に記載の信号線の接続方法。

【請求項7】

コンピュータに、信号線の接続処理を実行させるためのプログラムであって、
前記信号線の接続処理は、
格子状に配置された複数の縦方向の信号線と複数の横方向の信号線との複数の交点であって、当該複数の交点のそれぞれに、当該交点における縦方向の信号線と横方向の信号線とを接続する接続状態と、接続しない非接続状態とを切り替えて保持するスイッチが設けられた複数の交点の中から、予め指定された複数の交点である複数の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続する、処理であって、
前記縦方向と前記横方向とのうちの一方の方向の複数の信号線のうち、１以上の前記接続点を有する信号線のそれぞれをノードとし、２つの前記ノード間を接続する１本の他方の信号線のそれぞれを枝とする接続グラフを生成する第１ステップと、
前記接続グラフに基づいて、前記複数の接続点の接続順を決定する第２ステップと、を有し、
前記第２ステップでは、前記複数の接続点のそれぞれを接続する際に、当該接続点以外の交点を接続してしまう経路であるスニークパスが発生しないように、前記接続順を決定する
プログラム。

【請求項8】

格子状に配置された複数の縦方向の信号線及び複数の横方向の信号線と、
前記複数の縦方向の信号線と前記複数の横方向の信号線との複数の交点であって、当該複数の交点のそれぞれに、当該交点における縦方向の信号線と横方向の信号線とを接続する接続状態と、接続しない非接続状態とを切り替えて保持するスイッチが設けられた複数の交点と、を備え、
前記複数の交点の中から、予め指定された複数の交点である複数の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続する、信号線の接続処理が行われた半導体集積回路であって、
前記信号線の接続処理は、
前記縦方向と前記横方向とのうちの一方の方向の複数の信号線のうち、１以上の前記接続点を有する信号線のそれぞれをノードとし、２つの前記ノード間を接続する１本の他方の信号線のそれぞれを枝とする接続グラフを生成する第１ステップと、
前記接続グラフに基づいて、前記複数の接続点の接続順を決定する第２ステップと、を有し、
前記第２ステップでは、前記複数の接続点のそれぞれを接続する際に、当該接続点以外の交点を接続してしまう経路であるスニークパスが発生しないように、前記接続順を決定する
半導体集積回路。

【請求項9】

前記半導体集積回路は、複数のテストプログラムでテストされ、
前記複数のテストプログラムによるテスト順は、前記半導体集積回路に含まれる全ての前記スイッチにおける、前記非接続状態と前記接続状態との間で切り替えを行う切替回数の総和が最小となる順である
請求項８に記載の半導体集積回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号線の接続方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製造後に論理構成を設定することができる半導体集積回路であるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

近年、複数の縦方向の信号線と複数の横方向の信号線との複数の交点に、信号線間の接続状態と非接続状態との切り替えを行う不揮発性のビアスイッチが配置されたクロスバー回路を備えるビアスイッチＦＰＧＡの開発が進んでいる。ビアスイッチＦＰＧＡを利用するユーザは、クロスバー回路におけるいくつかの交点のビアスイッチを非接続状態から接続状態へと切り替えることでそれら交点における信号線間を接続して、ビアスイッチＦＰＧＡに所望の論理構成を設定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－３８０６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、ビアスイッチＦＰＧＡにおける適切な信号線の接続方法等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る信号線の接続方法は、格子状に配置された複数の縦方向の信号線と複数の横方向の信号線との複数の交点であって、当該複数の交点のそれぞれに、当該交点における縦方向の信号線と横方向の信号線とを接続する接続状態と、接続しない非接続状態とを切り替えて保持するスイッチが設けられた複数の交点の中から、予め指定された複数の交点である複数の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続する、信号線の接続方法であって、前記縦方向と前記横方向とのうちの一方の方向の複数の信号線のうち、１以上の前記接続点を有する信号線のそれぞれをノードとし、２つの前記ノード間を接続する１本の他方の信号線のそれぞれを枝とする接続グラフを生成する第１ステップと、前記接続グラフに基づいて、前記複数の接続点の接続順を決定する第２ステップと、を有し、前記第２ステップでは、前記複数の接続点のそれぞれを接続する際に、当該接続点以外の交点を接続してしまう経路であるスニークパスが発生しないように、前記接続順を決定する。

【0007】

例えば、前記接続グラフは、ツリー構造を有するとしてもよい。

【0008】

例えば、前記第２ステップでは、前記ツリー構造における一の子ノードにおける接続点の方が、当該一の子ノードの親ノードにおける接続点よりも後に接続するように、前記接続順を決定するとしてもよい。

【0009】

例えば、前記第２ステップは、さらに、一のツリー構造における一の葉ノードを選択する第３ステップと、前記一の葉ノードにおける親ノードへの接続点を前記一のツリー構造において最後に接続する接続点に決定する第４ステップと、前記一のツリー構造から前記一の葉ノードを除外して新たな一のツリー構造を生成する第５ステップとを含み、前記第３ステップ～前記第５ステップを繰り返し行うことで、再帰的に前記接続順を決定するとしてもよい。

【0010】

例えば、前記複数の縦方向の信号線と、前記複数の横方向の信号線との接続状態を、予め指定された複数の第１の交点である複数の第１の接続点のそれぞれが接続された第１の接続状態から、予め指定された複数の第２の交点である複数の第２の接続点のそれぞれが接続された第２の接続状態へと変更する場合において、前記複数の第１の接続点から、前記複数の第１の接続点と前記複数の第２の接続点とで共通する１以上の共通接続点を除外した１以上の第１の非共通接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記接続状態から前記非接続状態へと切り替えることで非接続とする第６ステップと、前記複数の第２の接続点から、前記１以上の共通接続点を除外した１以上の第２の非共通接続点のそれぞれを対象として、当該第２の非共通接続点を有するノード及び当該ノードの子孫ノードにおける、親ノードへの接続点である１以上の第３の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記接続状態から前記非接続状態へと切り替えることで非接続としてから、当該第２の非共通接続点を、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続して、さらに、前記１以上の第３の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続する第７ステップと、をさらに含み、前記第７ステップでは、前記第３の接続点の接続順を、前記第１ステップと前記第２ステップとを行うことで決定するとしてもよい。

【0011】

例えば、さらに、前記第３の接続点の数が最小となるツリー構造を探索する第８ステップを有し、前記第７ステップにおいて、前記子孫ノードは、前記第８ステップにおいて探索されたツリー構造における、前記第２の非共通接続点を有するノードの子孫ノードであるとしてもよい。

【0012】

本発明に係るプログラムは、コンピュータに、信号線の接続処理を実行させるためのプログラムであって、前記信号線の接続処理は、格子状に配置された複数の縦方向の信号線と複数の横方向の信号線との複数の交点であって、当該複数の交点のそれぞれに、当該交点における縦方向の信号線と横方向の信号線とを接続する接続状態と、接続しない非接続状態とを切り替えて保持するスイッチが設けられた複数の交点の中から、予め指定された複数の交点である複数の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続する、処理であって、前記縦方向と前記横方向とのうちの一方の方向の複数の信号線のうち、１以上の前記接続点を有する信号線のそれぞれをノードとし、２つの前記ノード間を接続する１本の他方の信号線のそれぞれを枝とする接続グラフを生成する第１ステップと、前記接続グラフに基づいて、前記複数の接続点の接続順を決定する第２ステップと、を有し、前記第２ステップでは、前記複数の接続点のそれぞれを接続する際に、当該接続点以外の交点を接続してしまう経路であるスニークパスが発生しないように、前記接続順を決定する。

【0013】

本発明に係る半導体集積回路は、格子状に配置された複数の縦方向の信号線及び複数の横方向の信号線と、前記複数の縦方向の信号線と前記複数の横方向の信号線との複数の交点であって、当該複数の交点のそれぞれに、当該交点における縦方向の信号線と横方向の信号線とを接続する接続状態と、接続しない非接続状態とを切り替えて保持するスイッチが設けられた複数の交点と、を備え、前記複数の交点の中から、予め指定された複数の交点である複数の接続点のそれぞれを、前記スイッチを前記非接続状態から前記接続状態へと切り替えることで接続する、信号線の接続処理が行われた半導体集積回路であって、前記信号線の接続処理は、前記縦方向と前記横方向とのうちの一方の方向の複数の信号線のうち、１以上の前記接続点を有する信号線のそれぞれをノードとし、２つの前記ノード間を接続する１本の他方の信号線のそれぞれを枝とする接続グラフを生成する第１ステップと、前記接続グラフに基づいて、前記複数の接続点の接続順を決定する第２ステップと、を有し、前記第２ステップでは、前記複数の接続点のそれぞれを接続する際に、当該接続点以外の交点を接続してしまう経路であるスニークパスが発生しないように、前記接続順を決定する。

【0014】

例えば、前記半導体集積回路は、複数のテストプログラムでテストされ、前記複数のテストプログラムによるテスト順は、前記半導体集積回路に含まれる全ての前記スイッチにおける、前記非接続状態と前記接続状態との間で切り替えを行う切替回数の総和が最小となる順であるとしてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る信号線の接続方法等によると、ビアスイッチＦＰＧＡにおける適切な信号線の接続方法等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施の形態に係る半導体集積回路の構成の一例を示すブロック図である。

【図2】図２は、実施の形態に係るビアスイッチの回路構成の一例を示す模式図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る原子スイッチの構成の一例及び動作原理を示す模式図である。

【図4】図４は、実施の形態に係る複数のビアスイッチが配置されている様子を示す模式図である。

【図5】図５は、スニークパス問題が生じる様子を示す模式図である。

【図6A】図６Ａは、実施の形態に係る、複数の縦方向の信号線と、複数の横方向の信号線と、複数の接続点とのコンフィグレーションの一例を示す模式図である。

【図6B】図６Ｂは、実施の形態に係る接続木を示す模式図である。

【図7】図７は、接続点の接続順を決定する様子を示す模式図である。

【図8】図８は、実施の形態に係る信号線の接続処理のフローチャートである。

【図9A】図９Ａは、信号線の接続状態を変更する様子を示す模式図である。

【図9B】図９Ｂは、信号線の接続状態を変更する様子を示す模式図である。

【図10】図１０は、スニークパスが生じる様子を示す模式図である。

【図11】図１１は、オフ状態とする第１の原子スイッチと、オフ状態としない第１の原子スイッチとを例示する模式図である。

【図12】図１２は、実施の形態に係る手順を実行する様子の一具体例を示す模式図である。

【図13】図１３は、実施の形態に係る手順を実行する様子の一具体例を示す模式図である。

【図14】図１４は、実施の形態に係る信号線の変更処理のフローチャートである。

【図15A】図１５Ａは、実施の形態に係る手順により生成される完全有向グラフの一具体例を示す模式図である。

【図15B】図１５Ｂは、実施の形態に係る手順により最適なテスト順が算出される様子を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の一態様に係る半導体集積回路の具体例について、図面を参照しながら説明する。ここで示す実施の形態は、本開示の一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序等は、一例であって本開示を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。

【0018】

（実施の形態）
ここでは、本開示の一態様に係る半導体集積回路の一例であって、クロスバー回路を備える半導体集積回路について説明する。クロスバー回路とは、格子状に配置された複数の縦方向の信号線及び複数の横方向の信号線と、複数の縦方向の信号線と複数の横方向の信号線との複数の交点のそれぞれに配置された複数のスイッチとを備える回路である。ここで、各スイッチは、配置された交点における縦方向の信号線と横方向の信号線とを接続する接続状態と、接続しない状態とを切り替えて保持するスイッチである。また、必ずしも全ての交点にスイッチが必要というわけではない。

【0019】

［１．半導体集積回路の構成］
図１は、実施の形態に係る半導体集積回路の一例である半導体集積回路１の構成を示すブロック図である。ここでは、本開示の一態様に係る半導体集積回路の一例として、半導体集積回路１を例示して説明するが、本開示の一態様に係る半導体集積回路は、クロスバー回路を備える半導体集積回路であれば、必ずしも、半導体集積回路１に限定される必要はない。

【0020】

図１に示すように、半導体集積回路１は、アレイ状に配置された複数の論理設定可能ブロック１０（ＣＬＢ（Configurable Logic Block））を含んで構成されるビアスイッチＦＰＧＡである。

【0021】

論理設定可能ブロック１０は、クロスバー回路１１と、論理ブロック１４とを含んで構成される。

【0022】

論理ブロック１４は、各種組み合わせ回路、順序回路、メモリ回路を構築する。

【0023】

クロスバー回路１１は、複数の縦方向の信号線３１と、複数の横方向の信号線３２と、各信号線の交点に配置された複数のビアスイッチ２０とを含んで構成される。

【0024】

ビアスイッチ２０は、縦方向の信号線３１と横方向の信号線３２との間の接続状態と非接続状態との切り替えを行う不揮発性のスイッチである。

【0025】

クロスバー回路１１は、機能的には、論理ブロック１４への入出力を設定するコネクションブロック１２と、論理設定可能ブロック１０間のグローバル配線のルーティングを設定するスイッチブロック１３とを含んで構成される。

【0026】

半導体集積回路１を利用するユーザは、クロスバー回路１１におけるいくつかの交点のビアスイッチ２０を非接続状態から接続状態へと切り替えることでそれら交点における信号線間を接続して、半導体集積回路１に所望の論理構成を設定する。

【0027】

図２は、ビアスイッチ２０の回路構成の一例を示す模式図である。ここでは、ビアスイッチ２０の回路構成の一例として、図２に図示する回路構成について説明するが、ビアスイッチ２０は、縦方向の信号線３１と横方向の信号線３２との間の接続状態と非接続状態との切り替えを行う不揮発性のスイッチであれば、必ずしも、以下で説明する回路構成の例に限定される必要はない。

【0028】

図２に示すように、ビアスイッチ２０は、第１の原子スイッチ２１Ａと、第２の原子スイッチ２１Ｂと、第１のバリスタ２２Ａと、第２のバリスタ２２Ｂとを含んで構成される。

【0029】

第１の原子スイッチ２１Ａと第２の原子スイッチ２１Ｂとは、互いに同様の素子である。このため、両者の個体を明示的に区別する必要がない場合には、第１の原子スイッチ２１Ａ又は第２の原子スイッチ２１Ｂのことを、単に原子スイッチ２１とも称する。また、第１のバリスタ２２Ａと第２のバリスタ２２Ｂとは、互いに同様の素子である。このため、両者の個体を明示的に区別する必要がない場合には、第１のバリスタ２２Ａ又は第２のバリスタ２２Ｂのことを、単にバリスタ２２とも称する。

【0030】

図３は、原子スイッチ２１の構成及び動作原理を示す模式図である。

【0031】

図３に示すように、原子スイッチ２１は、銅電極２５と、ルテニウム電極２６との間に銅イオンを含む固体電解質２７を挟んだ構造を有する。

【0032】

原子スイッチ２１は、銅電極２５と、ルテニウム電極２６との間に電圧を印加することで、固体電解質２７内に含まれる銅イオンによる、銅電極２５－ルテニウム電極２６間の架橋２８の形成、消失を可逆的に繰り返すことができる素子である。原子スイッチ２１は、銅電極２５が正電圧となるように、銅電極２５－ルテニウム電極２６間に電圧を印加されると、銅電極２５－ルテニウム電極２６間に架橋２８が形成されてオン状態（低抵抗状態）となり、銅電極２５が負電圧となるように、銅電極２５－ルテニウム電極２６間に電圧を印加されると、銅電極２５－ルテニウム電極２６間の架橋２８が消失されてオフ状態（高抵抗状態）となる。原子スイッチ２１は、電源供給がなくてもオン状態とオフ状態とが維持される不揮発性を有する。

【0033】

ビアスイッチ２０は、信頼性向上のため、図２に示すように、２個の原子スイッチ２１（第１の原子スイッチ２１Ａと、第２の原子スイッチ２１Ｂと）を逆方向に直列接続したＣＡＳ（Complementary Atom Switch）構造を有する。

【0034】

ビアスイッチ２０は、図２に示すように、ＣＡＳ構造の制御端子部分に、バリスタ２２を２つ、すなわち、第１の原子スイッチ２１Ａ側に配置された第１のバリスタ２２Ａと、第２の原子スイッチ２１Ｂ側に配置された第２のバリスタ２２Ｂとを有する。制御線と信号線との間に閾値以上の電圧が印加されることで、バリスタ２２が導通し、原子スイッチ２１のオン状態とオフ状態とが切り替えられる。一方で、制御線と信号線との間に閾値以上の電圧が印加されない場合には、バリスタ２２が非導通となり、制御線と信号線とが電気的に切り離され、ビアスイッチ２０は、信号線との接続端子を２つ有する２端子素子として機能する。

【0035】

図４は、クロスバー回路１１において、複数の縦方向の信号線３１と、複数の横方向の信号線３２との各交点に、複数のビアスイッチ２０が配置されている様子を示す模式図である。図４において、縦方向の信号線３１Ａと縦方向の信号線３１Ｂとは、それぞれ、複数の縦方向の信号線３１のうちの１本であり、横方向の信号線３２Ａと横方向の信号線３２Ｂとは、それぞれ、複数の横方向の信号線３２のうちの１本である。

【0036】

ビアスイッチ２０は、配置される交点において、第１の原子スイッチ２１Ａ側の端子が縦方向の信号線３１に接続され、第２の原子スイッチ２１Ｂ側の端子が縦方向の信号線３１に接続されることで、縦方向の信号線３１と横方向の信号線３２とに接続される。

【0037】

図４に示されるように、横方向に並ぶビアスイッチ２０それぞれの、第１のバリスタ２２Ａ側の端子は、縦方向の制御線４１（図４中の縦方向の制御線４１Ａ、４１Ｂに対応）に接続され、縦方向に並ぶビアスイッチ２０それぞれの、第２のバリスタ２２Ｂ側の端子は、横方向の制御線４２（図４中の横方向の制御線４２Ａ、４２Ｂに対応）に接続される。

【0038】

半導体集積回路１を利用するユーザは、所望の第１の原子スイッチ２１Ａのオン状態とオフ状態との切り替えを行う場合には、所望の第１の原子スイッチ２１Ａを有するビアスイッチ２０に接続される縦方向の信号線３１と、そのビアスイッチ２０に接続される横方向の制御線４２とに、閾値以上の電圧を印加することで、オン状態とオフ状態との切り替えを行う。また、半導体集積回路１を利用するユーザは、所望の第２の原子スイッチ２１Ｂのオン状態とオフ状態との切り替えを行う場合には、所望の第２の原子スイッチ２１Ｂを有するビアスイッチ２０に接続される横方向の信号線３２と、そのビアスイッチ２０に接続される縦方向の制御線４１とに、閾値以上の電圧を印加することで、オン状態とオフ状態との切り替えを行う。

【0039】

［２．スニークパス問題］
ここでは、上記構成の半導体集積回路１において生じ得るスニークパス問題について説明する。

【0040】

スニークパス問題とは、半導体集積回路１を利用するユーザが、所望の第１の原子スイッチ２１Ａ又は第２の原子スイッチ２１Ｂのオン状態とオフ状態との切り替えを行う際に、所望の第１の原子スイッチ２１Ａ又は第２の原子スイッチ２１Ｂ以外の、第１の原子スイッチ２１Ａ又は第２の原子スイッチ２１Ｂのオン状態とオフ状態との切り替えが行われてしまう現象のことを言う。

【0041】

この現象は、既に接続状態となっているビアスイッチ２０によって、一の縦方向の信号線３１に印加した電圧が、他の縦方向の信号線３１に回り込むこと、又は、一の横方向の信号線３２に印加した電圧が、他の横方向の信号線３２に回り込むことによって発生する。

【0042】

図５は、半導体集積回路１において、スニークパス問題が生じる様子を示す模式図である。

【0043】

図５において、第１の原子スイッチ２１Ａａと、第２の原子スイッチ２１Ｂａと、第１の原子スイッチ２１Ａｂと、第２の原子スイッチ２１Ｂｂとはオン状態であり、第２の原子スイッチ２１Ｂｃと、第２の原子スイッチ２１Ｂｄとはオフ状態である。このような状態において、半導体集積回路１を利用するユーザは、第２の原子スイッチ２１Ｂｃをオン状態にするために、横方向の信号線３２Ａと縦方向の制御線４１Ｂとの電位差が閾値以上になるように、横方向の信号線３２ＡにＨＩＧＨ電圧、縦方向の制御線４１ＢにＬＯＷ電圧を印加する。すると、横方向の信号線３２Ａに印加されたＨＩＧＨ電圧が、第２の原子スイッチ２１Ｂａ及び第１の原子スイッチ２１Ａａを介して縦方向の信号線３１Ａに回り込み、さらに、第１の原子スイッチ２１Ａｂ及び第２の原子スイッチ２１Ｂｂを介して横方向の信号線３２Ｂに回り込む。その結果、所望の第２の原子スイッチ２１Ｂｃがオン状態になるとともに、所望しない第２の原子スイッチ２１Ｂｄもがオン状態となってしまう。

【0044】

従来、半導体集積回路１において、縦方向と横方向との双方に複数の接続状態となるビアスイッチ２０（図５の例においては、第１の原子スイッチ２１Ａｂと第２の原子スイッチ２１Ｂｂとを含むビアスイッチ２０）が存在するコンフィギュレーションを禁止することで、スニークパス問題の発生を回避している。

【0045】

しかしながら、上記スニークパス問題の発生の回避方法では、上記コンフィギュレーションが禁止されるため、半導体集積回路１におけるＦＰＧＡとしてのプログラミングの自由度が低下してしまうという問題がある。

【0046】

そこで、発明者は、上記問題に鑑み、所望のビアスイッチ２０を接続する際に、それらビアスイッチ２０をスニークパス問題が発生しない順に接続することができれば、スニークパス問題を発生させることなくそれらビアスイッチ２０を接続することができるはずであるという点に着目し、半導体集積回路１におけるＦＰＧＡとしてのプログラミングの自由度の低下を招くことなくスニークパス問題の発生の回避方法を見出すべく、鋭意考察、実験を重ねた。その結果、発明者は、実用上問題のないビアスイッチ２０の接続範囲において、接続状態となるビアスイッチ２０のいかなるコンフィグレーションを禁止することなく、スニークパス問題の発生を回避する方法、すなわち、半導体集積回路１におけるＦＰＧＡとしてのプログラミングの自由度の低下を招くことなくスニークパス問題の発生の回避方法に想到した。ここで、実用上問題のないビアスイッチ２０の接続とは、ビアスイッチ２０の接続において、冗長な配線経路（いわゆるループ）が発生しないビアスイッチ２０の接続のことをいう。一般に、配線経路にループが発生している場合には、その配線経路の配線容量は、ループが発生していない場合の配線経路の配線容量よりも大きくなる。このため、配線経路にループが発生している場合には、配線経路にループが発生していない場合に比べて、動作速度、消費電力の面で不利になる。従って、配線経路にループが発生しないようにビアスイッチ２０を接続することは、実用上問題がないことに加えて、上記不利な面を生じないという点において優れていると言える。

【0047】

以下、発明者が想到した、スニークパス問題の回避方法について説明する。

【0048】

［３．スニークパス問題の回避方法］
まず、縦方向と横方向とのうちの一方の方向を選択する。ここでは、一方の方向として縦方向を選択するとして説明する。以下の説明において、一方の方向と他方の方向とを入れ替えても、すなわち、縦方向と横方向とを入れ替えても同様の議論が成立する。このため、一方の方向として横方向を選択する場合の説明を省略する。また、以下の説明において、複数の縦方向の信号線３１と複数の横方向の信号線３２との複数の交点のうち、ビアスイッチ２０が接続状態となることで、縦方向の信号線３１と横方向の信号線３２とが接続される交点のことを「接続点」とも称する。

【0049】

次に、選択した方向の配線である、複数の縦方向の信号線３１のうち、１以上の接続点を有する信号線のそれぞれをノードとし、２つのノード間を接続する横方向の信号線３２のそれぞれを枝とする接続グラフを生成する。

【0050】

そして、生成した接続グラフに基づいて、所望の接続点のそれぞれを接続する際に、所望の接続点以外の接続点を接続してしまう経路であるスニークパスが発生しないように、接続点の接続順を決定する。ここで、配線経路にループが発生していな場合には、接続状態となるビアスイッチ２０（すなわち、接続点）のいかなるコンフィグレーションであっても、必ず、ツリー構造を有する接続グラフである接続木を作成することができる。ここでは、接続グラフの一例として、接続グラフが接続木であるとして説明するが、接続グラフは、必ずしもツリー構造を有する接続木の例に限定される必要はない。

【0051】

以下、図面を参照しながら、接続木の作成方法について、より具体的に説明する。

【0052】

図６Ａは、複数の縦方向の信号線３１と、複数の横方向の信号線３２と、複数の接続点との具体的なコンフィグレーションの一例を示す模式図である。図６Ａの例は、複数の縦方向の信号線３１が５本で、複数の横方向の信号線３２が５本である場合において、接続点が接続点Ｂ～接続点Ｈの６か所であるコンフィギュレーションの例となっている。

【0053】

図６Ｂは、図６Ａで示されるコンフィギュレーションから生成される接続木を示す模式図である。

【0054】

まず、縦方向の信号線３１のうち、１以上の接続点を有する信号線のそれぞれをノードとする。ここでは、縦方向の信号線ＳＶ１～ＳＶ５の全てが１以上の接続点を有しているため、縦方向の信号線ＳＶ１～ＳＶ５のそれぞれを、ノードＳＶ１～ノードＳＶ５とする。

【0055】

次に、各ノードのそれぞれに対して、対応する信号線に存在する接続点を、そのノードの接続点とする。ここでは、接続点ＥをノードＳＶ１の接続点とし、接続点Ｂ、Ｆ、ＧをノードＳＶ２の接続点とし、接続点ＣをノードＳＶ３の接続点とし、接続点ＤをノードＳＶ４の接続点とし、接続点ＨをノードＳＶ５の接続点とする。

【0056】

最後に、２つのノード間を接続する横方向の信号線３２のそれぞれを枝として、それら２つのノードを接続することで接続木を生成する。この際、どのノードを根ノードとするかは任意である。ここでは、ノードＳＶ３の接続点ＣとノードＳＶ２の接続点Ｂとを接続し、ノードＳＶ２の接続点ＦとノードＳＶ１の接続点Ｅとを接続し、ノードＳＶ２の接続点ＧとノードＳＶ５の接続点Ｈとを接続し、ノードＳＶ３の接続点ＣとノードＳＶ４の接続点Ｄとを接続することで、ノードＳＶ３を根ノードとする接続木を生成する。

【0057】

ここで、生成した接続木において、各葉ノードにおける、親ノードへの接続点は、スニークパスを生じることなく接続することが可能な接続点となっている。

【0058】

以下、図面を参照しながら、生成した接続木に基づいて接続点の接続順を決定する方法について、より具体的に説明する。

【0059】

図７は、生成した接続木に基づいて接続点の接続順を決定する様子を示す模式図である。

【0060】

まず、生成した接続木における一の葉ノードを選択し（以下、この選択のことを「第１の処理」とも称する）、選択した葉ノードにおける親ノードへの接続点を、生成した接続木において最後に接続する接続点に決定する（以下、この決定のことを「第２の処理」とも称する）。上述した通り、選択した葉ノードにおける親ノードへの接続点は、生成した接続木において、スニークパスを生じることなく接続することが可能な接続点となっている。ここでは、生成した接続木における一の葉ノードであるノードＳＶ１を選択し、選択した葉ノードＳＶ１における親ノードＳＶ２への接続点である接続点Ｅを、生成した接続木において最後に接続する接続点に決定する。

【0061】

次に、生成した接続木から、選択した一の葉ノードを除外して、新たな接続木を生成する（以下、この生成のことを「第３の処理」とも称する）。ここでは、葉ノードＳＶ１を除外した、ノードＳＶ３とノードＳＶ２とノードＳＶ５とノードＳＶ４とからなる新たな接続木を生成する。

【0062】

そして、新たな接続木に対して、さらに第１の処理～第３の処理を行うことで、さらなる新たな接続木を生成する。上述した通り、第２の処理において選択した葉ノードにおける親ノードへの接続点は、新たな接続木において、スニークパスを生じることなく接続することが可能な接続点となっている。ここでは、第１の処理において、生成した新たな接続木における一の葉ノードであるノードＳＶ５を選択し、選択した葉ノードＳＶ５における親ノードＳＶ２への接続点である接続点Ｈを、生成した新たな接続木において最後に接続する接続点に決定する。そして、葉ノードＳＶ５を削除した、ノードＳＶ３とノードＳＶ２とノードＳＶ４とからなるさらなる新たな接続木を生成する。

【0063】

以下、さらなる新たな接続木に対して、これ以上新たな接続木を生成することができなくなるまで、第１の処理～第３の処理を繰り返し行うことで、再帰的に、各接続点の接続順を決定する。この際、一の葉ノードを選択した場合において、その一の葉ノードにおける、親ノードへの接続点以外の接続点は、親ノードへの接続点よりも先に接続する接続順であれば、どのような接続順に決定しても構わない。ここでは、各接続点の接続順を、接続点Ｃ、接続点Ｄ、接続点Ｇ、接続点Ｆ、接続点Ｂ、接続点Ｈ、接続点Ｅの接続順と決定する。

【0064】

なお、上述したスニークパス問題の回避方法によると、接続木における一の子ノードにおける接続点の方が、その一の子ノードの親ノードにおける接続点よりも後に接続するように、接続順が決定されることになる。

【0065】

上述したスニークパス問題の回避方法は、例えば、コンピュータがプログラムを実行することで実現される。

【0066】

以下、上述したスニークパス問題の回避方法を実現するためにコンピュータが実行する処理の一例である信号線の接続処理について説明する。

【0067】

［４．信号線の接続処理］
図８は、信号線の接続処理のフローチャートである。

【0068】

信号線の接続処理が開始されると、コンピュータは、縦方向の複数の信号線３１のうち、１以上の接続点を有する信号線のそれぞれをノードとし、２つのノード間を接続する横方向の信号線３２のそれぞれを枝とする接続木を生成する（ステップＳ１００）。

【0069】

接続木を生成すると、コンピュータは、生成した接続木における一の葉ノードを選択する（ステップＳ１１０）。

【0070】

一の葉ノードを選択すると、コンピュータは、選択した葉ノードにおける親ノードへの接続点を、生成した接続木における最後に接続する接続点に決定する（ステップＳ１２０）。

【0071】

最後に接続する接続点を決定すると、コンピュータは、選択した一の葉ノードを除外した接続木を生成可能であるか否かを調べる（ステップＳ１３０）。

【0072】

ステップＳ１３０の処理において、選択した一の葉ノードを除外した接続木を生成可能である場合には（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、選択した一の葉ノードを除外した新たな接続木を生成し（ステップＳ１４０）、再び、ステップＳ１１０の処理に進む。これにより、ステップＳ１１０の処理～ステップＳ１４０の処理からなるループ処理が実行される。

【0073】

ステップＳ１３０の処理において、選択した一の葉ノードを除外した接続木を生成可能でない場合には（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、コンピュータは、ステップＳ１３０：Ｎｏの処理に進むより前に実行されたループ処理の処理結果に沿って、再帰的に接続点の接続順を決定する（ステップＳ１５０）。

【0074】

ステップＳ１５０の処理が終了すると、コンピュータは、その信号線の接続処理を終了する。

【0075】

［５．接続状態の変更］
ここでは、半導体集積回路１において、複数のオン状態のビアスイッチ２０によって接続される、複数の縦方向の信号線３１と複数の横方向の信号線３２との接続状態を、第１の接続状態から第２の接続状態へと変更させる接続状態の変更方法について説明する。以下では、複数のオン状態のビアスイッチ２０によって接続される、複数の縦方向の信号線３１と複数の横方向の信号線３２との接続状態のことを、単に「信号線の接続状態」とも称する。

【0076】

半導体集積回路１では、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態へと接続状態を変更する過程において、スニークパス問題が生じないように、信号線の接続状態を変更する必要がある。

【0077】

信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態へと変更する場合には、例えば、一旦、全てのビアスイッチ２０を非接続状態とすることで、全ての複数の縦方向の信号線３１と全ての複数の横方向の信号線３２とが接続しない状態（以下、この状態のことを「未接続な接続状態」とも称する）に変更した後に、この未接続な接続状態から第２の接続状態へと、上述したスニークパス問題の回避方法を利用して変更することで、スニークパス問題が生じないように、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態へと変更することができる。

【0078】

しかしながら、この信号線の接続状態の変更方法では、本来非接続状態に変更する必要がない接続状態のビアスイッチ２０に対して、一旦非接続状態に変更した後に再び接続状態に変更してしまうことになる可能性がある。

【0079】

図９Ａは、信号線の接続状態を、第１の接続状態から第２の接続状態へと変更する際に、途中状態として、一旦、第１の接続状態から未接続な接続状態に変更した後に、未接続な接続状態から第２の接続状態へと変更する様子を示す模式図である。

【0080】

図９Ａにおいて、共通接続点１０１Ａ～共通接続点１０１Ｆは、それぞれ、第１の接続状態と第２の接続状態とで共通する接続点である。

【0081】

第１の非共通接続点１０２Ａ～第１の非共通接続点１０２Ｅは、それぞれ、第１の接続状態における接続点のうち、共通接続点１０１Ａ～共通接続点１０１Ｆを除外した接続点である。

【0082】

第２の非共通接続点１０３Ａ～第２の非共通接続点１０３Ｅは、それぞれ、第２の接続状態における接続点のうち、共通接続点１０１Ａ～共通接続点１０１Ｆを除外した接続点である。

【0083】

図９Ｂは、信号線の接続状態を、第１の接続状態から第２の接続状態へと変更する際に、途中状態として、一旦、第１の接続状態から、共通接続点１０１Ａ～共通接続点１０１Ｆにおけるビアスイッチ２０以外の全てのビアスイッチ２０を非接続状態とする状態（以下、共通接続点におけるビアスイッチ２０以外の全てのビアスイッチ２０を非接続状態とする状態のことを「共通部分のみの接続状態」とも称する）に変更した後に、共通部分のみの接続状態から第２の接続状態へと変更する様子を示す模式図である。

【0084】

図９Ｂからも理解されるように、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態へと変更する場合において、第１の接続状態から、一旦、共通部分のみの接続状態に変更した後に、第２の接続状態に変更する変更方法は、共通接続点１０１Ａ～共通接続点１０１Ｆにおけるビアスイッチ２０の状態を変更する必要がなく、状態を変更するビアスイッチ２０の数が適正化された変更方法である。これに対して、図９Ａからも理解されるように、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態へと変更する場合において、第１の接続状態から、一旦、未接続な接続状態に変更した後に、第２の接続状態に変更する変更方法は、状態を変更するビアスイッチ２０の数が適正化された変更方法ではない。

【0085】

一般に、ビアスイッチ２０の状態を変更する回数には、信頼性上の上限がある。このため、信号線の接続状態を変更する度に、本来非接続状態に変更する必要がない接続状態のビアスイッチ２０に対して、一旦非接続状態に変更した後に再び接続状態に変更してしまうと、半導体集積回路１の長寿命化を阻害してしまうという問題がある。

【0086】

そこで、発明者は、上記問題に鑑み、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態に変更する際に、スニークパス問題を回避しつつ、一旦、共通部分のみの接続状態に変更した後に、第２の接続状態に変更することができれば、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態に変更する際における、状態を変更するビアスイッチの数を適正化できるはずであるという点に着目し、半導体集積回路１の長寿命化を実現すべく、鋭意考察、実験を重ねた。その結果、発明者は、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態に変更する際に、スニークパス問題を回避しつつ、一旦、共通部分のみの接続状態に変更した後に、第２の接続状態に変更することができる信号線の接続状態の変更方法、すなわち、半導体集積回路１の長寿命化を実現することができる信号線の接続状態の変更方法に想到した。

【0087】

以下、発明者が想到した、信号線の接続状態の変更方法について説明する。

【0088】

［６．信号線の接続状態の変更方法］
以下の説明において、第１の接続点と第２の接続点とで共通する接続点のことを「共通接続点」と称し、第１の接続点から共通接続点を除外した接続点のことを「第１の非共通接続点」と称し、第２の接続点から共通接続点を除外した接続点のことを「第２の非共通接続点」と称する。

【0089】

信号線の接続状態の変更方法は、下記手順１、手順２、手順３をこの順番で実行することで実現される。

【0090】

手順１：第１の非共通接続点のそれぞれにおいて、ビアスイッチ２０を接続状態から非接続状態へと切り替える。

【0091】

手順２：第２の非共通接続点におけるビアスイッチ２０を非接続状態から接続状態へと切り替えるための前処理を行う。

【0092】

手順３：第２の非共通接続点におけるビアスイッチ２０を非接続状態から接続状態へと切り替える。

【0093】

以下、これら手順１、手順２、手順３について、より具体的に説明する。

【0094】

［６－１．手順１］
上述した通り、手順１は、第１の非共通接続点のそれぞれにおいて、ビアスイッチ２０を接続状態から非接続状態へと切り替える処理である。

【0095】

手順１を実行するにあたって、ビアスイッチ２０の状態の切り替え順によっては、スニークパスが生じる可能性がある。しかしながら、ここで生じるスニークパスは、非接続状態のビアスイッチ２０の状態を、接続状態から非接続状態へと切り替える方向のスニークパスとなるため、実用上問題は生じない。従って、手順１を実行するにあたって、ビアスイッチ２０の状態の切り替え順は任意である。

【0096】

図１０は、手順１を実行する際に、半導体集積回路１において、スニークパスが生じる様子を示す模式図である。

【0097】

図１０において、第１の原子スイッチ２１Ａｊと、第２の原子スイッチ２１Ｂｊと、第１の原子スイッチ２１Ａｋと、第２の原子スイッチ２１Ｂｋと、第１の原子スイッチ２１Ａｍと、第２の原子スイッチ２１Ｂｍと、第１の原子スイッチ２１Ａｎと、第２の原子スイッチ２１Ｂｎとはオン状態である。このような状態において、半導体集積回路１を利用するユーザは、第１の原子スイッチ２１Ａｊをオフ状態にするために、横方向の制御線４２Ｊと縦方向の信号線３１Ｊとの電位差が閾値以上になるように、横方向の制御線４２ＪにＨＩＧＨ電圧、縦方向の信号線３１ＪにＬＯＷ電圧を印加する。すると、縦方向の信号線３１Ｊに印加されたＬＯＷ電圧が、第１の原子スイッチ２１Ａｋ及び第２の原子スイッチ２１Ｂｋを介して横方向の信号線３２Ｌに回り込み、さらに、第２の原子スイッチ２１Ｂｍ及び第１の原子スイッチ２１Ａｍを介して、縦方向の信号線３１Ｋに回り込み、さらに、第２の原子スイッチ２１Ｂｎ及び第１の原子スイッチ２１Ａｎを介して、縦方向の信号線３１Ｌに回り込む。その結果、所望の第１の原子スイッチ２１Ａｊがオフ状態になるとともに、所望しない第１の原子スイッチ２１Ａｐ及び所望しない第１の原子スイッチ２１Ａｑもがオフ状態となってしまう。しかしながら、これら、第１の原子スイッチ２１Ａｐ及び第１の原子スイッチ２１Ａｑは、そもそも、必ず元々オフ状態であるため、実用上問題は生じない。

【0098】

［６－２．手順２］
手順２は、第２の非共通接続点におけるビアスイッチ２０の第２原子スイッチ２１Ｂをオン状態とする処理である。

【0099】

但し、この処理を行う際には、スニークパスが生じないように、第２の非共通接続点と同一行（ここで、行は横方向）の接続状態のビアスイッチ２０のうち、同一列（ここで、列は縦方向）に接続状態のビアスイッチ２０存在するビアスイッチ２０に対しては、予め、そのビアスイッチ２０を非接続状態としておく必要がある。

【0100】

このため、手順２は、下記手順２．１、手順２．２をこの順番で実行することで実現される。

【0101】

手順２．１：第２の非共通接続点と同一行の接続状態のビアスイッチ２０のうち、同一列に接続状態のビアスイッチ２０が存在するビアスイッチ２０の第１の原子スイッチ２１Ａをオフ状態とする。以下、手順２．１でオフ状態とした第１の原子スイッチ２１Ａを含む共通接続点のことを、「前処理済共通接続点」とも称する。

【0102】

手順２．２：第２の非接続点におけるビアスイッチ２０の第２の原子スイッチ２１Ｂをオン状態とする。

【0103】

図１１は、手順２．１の実行において、オフ状態とする第１の原子スイッチ２１Ａと、オフ状態としない第１の原子スイッチ２１Ａとを例示する模式図である。

【0104】

図１１において、第１の原子スイッチ２１Ａｐと、第２の原子スイッチ２１Ｂｐと、第１の原子スイッチ２１Ａｍと、第２の原子スイッチ２１Ｂｍと、第１の原子スイッチ２１Ａｎと、第２の原子スイッチ２１Ｂｎとはオン状態である。このような状態において、第１の原子スイッチ２１Ａｋ及び第２の原子スイッチ２１Ｂｋを含むビアスイッチ２０が、第２の非共通接続点のビアスイッチ２０である場合には、同一列に接続状態のビアスイッチ２０（第１の原子スイッチ２１Ａｋ及び第２の原子スイッチ２１Ｂｋを含むビアスイッチ２０）を含むビアスイッチ２０の第１の原子スイッチ２１Ａｍは、オフ状態とするとなるのに対して、同一列に接続状態のビアスイッチ２０を含まないビアスイッチ２０の第１の原子スイッチ２１Ａｎは、オフ状態とする対象とならない。

【0105】

［６－３．手順３］
手順３は、第２の非共通接続点及び前処理済共通接続点におけるビアスイッチ２０を非接続状態から接続状態へと切り替える処理である。

【0106】

但し、この処理を行う際には、スニークパスが生じないようにする必要がある。さらには、スニークパスが生じないようにするために、接続状態を変更するビアスイッチ２０が必要となる場合には、それら接続状態を変更するビアスイッチ２０の数を最小限に抑える必要がある。

【0107】

このため、手順３は、下記手順３．１、手順３．２、手順３．３、手順３．４をこの順で実行することで実現される。

【0108】

手順３．１：スニークパスが生じないようにするために接続状態を変更する必要があるビアスイッチ２０の数を最小とするように、接続木の根ノードを調整する。

【0109】

手順３．２：手順３．１で根ノードが調整された接続木において、第２の非共通接続点及び前処理済共通接続点を有するノード及びそのノードの子孫ノードにおける親ノードへの接続点（以下、この接続点のことを、「第３の接続点」とも称する）におけるビアスイッチ２０のそれぞれを、接続状態から非接続状態へと切り替える。

【0110】

手順３．３：共通接続点及び第２の非共通接続点のうちの、親ノードへの接続点以外の接続点におけるビアスイッチ２０のそれぞれを、非接続状態から接続状態へと切り替える。

【0111】

手順３．４：第３の接続点におけるビアスイッチ２０のそれぞれを、非接続状態から接続状態へと切り替える。この際、スニークパス問題が生じないように、上述したスニークパス問題の回避方法を利用する。

【0112】

図１２は、手順３を実行する様子の一具体例を示す模式図である。

【0113】

図１２において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、それぞれノード名を示し、各黒丸は、共通接続点のうち、ビアスイッチ２０が接続状態となる共通接続点を示し、各白抜きの丸は、共通接続点のうち、ビアスイッチ２０が非接続状態となる共通接続点を示し、黒丸を含む二重丸は、第２の非共通接続点のうち、ビアスイッチ２０が接続状態となる第２の非共通接続点を示し、黒丸を含まない二重丸は、第２の非共通接続点のうち、ビアスイッチ２０が非接続状態となる第２の非共通接続点を示す。

【0114】

図１２に示すように、手順３では、まず、手順３．１を実行することで、第３の接続点の数を最小とするように、接続木の根ノードを調整する。すなわち、対象とする接続木における各ノードのそれぞれが根ノードとなるように対象とする接続木を変形した場合において、変形した接続木のうち、第３の接続点の数が最小となる１以上の接続木を探し出す。そして、探し出した１以上の接続木のうちの１つを、根ノードが調整された新たな接続木とする。ここでは、ノードＡが根ノードとなるように、接続木の根ノードを調整する。この手順３．１については、後程、具体例を示す図面を参照しながら、より詳細に説明する。

【0115】

次に、手順３．２を実行することで、第３の接続点におけるビアスイッチ２０のそれぞれを、接続状態から非接続状態へと切り替える。ここでは、ノードＢ、ノードＣ、ノードＥにおける親ノードへの接続点におけるビアスイッチ２０のそれぞれを、接続状態から非接続状態へと切り替える。

【0116】

次に、手順３．３を実行することで、共通接続点及び第２の非共通接続点のうちの、親ノードへの接続点以外の接続点におけるビアスイッチ２０のそれぞれを、非接続状態から接続状態へと切り替える。ここでは、ノードＢに存在する第３の共通接続点におけるビアスイッチ２０を、非接続状態から接続状態へと切り替える。

【0117】

最後に、手順３．４を実行することで、第３の接続点におけるビアスイッチ２０のそれぞれを、上述したスニークパス問題の回避方法を利用して、非接続状態から接続状態へと切り替える。ここでは、ノードＢの第３の接続点、ノードＣの第３の接続点、ノードＥの第３の接続点の順で、第３の接続点におけるビアスイッチ２０のそれぞれを、非接続状態から接続状態へと切り替える。

【0118】

図１３は、手順３．１を実行する様子の一具体例を示す模式図である。

【0119】

図１３において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊは、それぞれノード名を示し、白抜きの丸ａは、ノードＡに含まれる第２の非共通接続点を示し、白抜きの丸ｂは、ノードＢに含まれる第２の非共通接続点を示し、白抜きの丸ｆは、ノードＦに含まれる第２の非共通接続点を示し、白抜きの丸ｇは、ノードＧに含まれる第２の非共通接続点を示し、白抜きの丸ｉは、ノードＩに含まれる第２の非共通接続点を示す。

【0120】

まず、第２の非共通接続点のそれぞれについて、接続木を構成するノードそれぞれを根ノードとした場合における、第３の接続点の数及び、第３の接続点を含むノードに含まれる第２の非共通接続点を算出する。ここでは、第２の非共通接続点ａについて、ノードＢ側に根ノードがある場合における第３の接続点の数は３となり、第３の接続点を含むノードに含まれる第２の非共通接続点は、第２の非共通接続点ａ、第２の非共通接続点ｆとなる。ここで、第２の非共通接続点ｆの第３の接続点は、第２の非共通接続点ａの第３の接続点に含まれる。このため、第２の非共通接続点ｆの第３の接続点の数を、第２の非共通接続点ａの第３の接続点の数と別にカウントする必要はない。また、第２の非共通接続点ａについて、ノードＣ側に根ノードがある場合における第３の接続点の数は８となり、第３の接続点を含むノードに含まれる第２の非共通接続点は、第２の非共通接続点ａ、第２の非共通接続点ｂ、第２の非共通接続点ｇ、第２の非共通接続点ｉとなる。ここで、第２の非共通接続点ｂ、第２の非共通接続点ｇ、第２の非共通接続点ｉの第３の接続点は、第２の非共通接続点ａの第３の接続点に含まれる。このため、第２の非共通接続点ｂ、第２の非共通接続点ｇ、第２の非共通接続点ｉの第３の接続点の数を、第２の非共通接続点ａの第３の接続点の数と別にカウントする必要はない。また、第２の非共通接続点ａについて、ノードＡが根ノードとなる場合における第３の接続点の数は９となり、第３の接続点を含むノードに含まれる第２の非共通接続点は、第２の非共通接続点ａ、第２の非共通接続点ｂ、第２の非共通接続点ｆ、第２の非共通接続点ｇ、第２の非共通接続点ｉとなる。ここで、第２の非共通接続点ｂ、第２の非共通接続点ｆ、第２の非共通接続点ｇ、第２の非共通接続点ｉの第３の接続点は、第２の非共通接続点ａの第３の接続点に含まれる。このため、第２の非共通接続点ｂ、第２の非共通接続点ｆ、第２の非共通接続点ｇ、第２の非共通接続点ｉの第３の接続点の数を、第２の非共通接続点ａの第３の接続点の数と別にカウントする必要はない。以下、第２の非共通接続点ｂ、第２の非共通接続点ｆ、第２の非共通接続点ｇ、第２の非共通接続点ｉについても同様であるが、ここではその説明を省略する。

【0121】

次に、算出した、接続木を構成するノードそれぞれを根ノードとした場合における、第３の接続点の数及び、第３の接続点を含むノードに含まれる非共通接続点を、集合被覆問題にモデル化し、モデル化した集合被覆問題を解くことで、第３の接続点の数が最小となる１以上の接続木を探し出す。そして、探し出した１以上の接続木のうちの１つを、根ノードが調整された新たな接続木とする。

【0122】

なお、接続木を構成するノードそれぞれを根ノードとした場合における、第３の接続点の数を算出して、それら算出した数のうち最も少ない数が、上記集合被覆問題を解いて得られる最小の数となることが証明されている。このため、対象となる接続木を構成するノードそれぞれを根ノードとした場合における、第３の接続点の数が最小となるノードを根ノードとする接続木を、根ノードが調整された新たな接続木としてもよい。この方法によって、接続木の根ノードを調整する方が、上記集合被覆問題を解くことで接続木の根ノードを調整するよりも、より少ない演算量で接続木の根ノードを調整することができる。

【0123】

上述した信号線の接続状態の変更方法は、例えば、コンピュータがプログラムを実行することで実現される。

【0124】

以下、上述した信号線の接続状態の変更方法を実現するためにコンピュータが実行する処理の一例である信号線の変更処理について説明する。

【0125】

［７．信号線の変更処理］
図１４は、信号線の変更処理のフローチャートである。

【0126】

信号線の変更処理が開始されると、コンピュータは、第１の非共通接続点のそれぞれを、ビアスイッチ２０を接続状態から非接続状態へと切り替えることで非接続とする（ステップＳ２００）。

【0127】

第１の非共通接続点のそれぞれを非接続とすると、コンピュータは、第２の非共通接続点と同一行の接続状態のビアスイッチ２０のうち、同一列に接続状態のビアスイッチ２０が存在するビアスイッチ２０の第１の原子スイッチ２１Ａをオフ状態として、第２の非共通接続点におけるビアスイッチ２０の第２の原子スイッチ２１Ｂをオン状態とすることで、第２の非共通接続点におけるビアスイッチ２０を非接続状態から接続状態へと切り替えるための前処理を行う（ステップＳ２１０）。

【0128】

前処理を行うと、コンピュータは、第３の接続点の数が最小となるツリー構造を探索し、探索したツリー構造となるように、接続木の根ノードを調整する（ステップＳ２２０）。

【0129】

接続木の根ノードを調整すると、コンピュータは、根ノードを調整した接続木において、根ノード側に他の第２の非共通接続点及び前処理済共通接続点が存在しない第２の非共通接続点及び前処理済共通接続点（以下、「代表接続点」とも称する）の中から、未選択の一の代表接続点を選択する（ステップＳ２３０）。ここで、未選択の代表接続点とは、ステップＳ２３０の処理～後述するステップＳ２７０：Ｙｅｓの処理により形成されるループ処理において、未だ選択されたことのない代表接続点のことを言う。

【0130】

一の代表接続点を選択すると、コンピュータは、選択した代表接続点を有するノード及び当該ノードの子孫ノードにおける第３の接続点のそれぞれを、ビアスイッチ２０を接続状態から非接続状態へと切り替えることで非接続とする（ステップＳ２４０）。

【0131】

上記第３の接続点のそれぞれを非接続とすると、コンピュータは、代表接続点のノード及び子孫ノード内の、第２の非共通接続点及び前処理済共通接続点のうち、第３の接続点以外の接続点のそれぞれを、ビアスイッチ２０を非接続状態から接続状態へと切り替えることで接続する（ステップＳ２５０）。

【0132】

上記接続点のそれぞれを接続すると、コンピュータは、代表接続点のノード及び子孫ノードにおける未接続の第３の接続点のそれぞれを、ビアスイッチ２０を非接続状態から接続状態へと切り替えることで接続する（ステップＳ２６０）。

【0133】

上記第３の接続点のそれぞれを接続すると、コンピュータは、未選択の代表接続点が存在するか否かを調べる（ステップＳ２７０）。

【0134】

ステップＳ２７０の処理において、未選択の代表接続点が存在する場合には（ステップＳ２７０：Ｙｅｓ）、再びステップＳ２３０の処理に進む。これにより、ステップＳ２３０の処理～ステップＳ２７０：Ｙｅｓの処理からなるループ処理が形成される。

【0135】

ステップＳ２７０の処理において、未選択の代表接続点が存在しない場合には（ステップＳ２７０：Ｎｏ）、コンピュータは、その信号線の変更処理を終了する。

【0136】

［８．テスト］
ここでは、半導体集積回路１を製造した後に実行されるテストについて説明する。ここでのテストは、製造された半導体集積回路１の不具合の有無の検査を行うテストのことを言う。

【0137】

一般に、半導体集積回路のテストを行う際には、複数のテストプログラムが実行される。

【0138】

半導体集積回路１において複数のテストプログラムが実行される際には、テストプログラムが切り替えられる毎に、複数のビアスイッチ２０の状態が変更される。半導体集積回路１の長寿命化を実現するためには、複数のテストプログラムが実行される際に状態が変更されるビアスイッチ２０の数を適正化することが有効である。このため、半導体集積回路１をテストする場合には、状態が変更されるビアスイッチ２０の数が適正化される方法（以下、この方法のことを「適正化されたテスト方法」とも称する）で、複数のテストプログラムを実行する。

【0139】

以下、この適正化されたテスト方法について説明する。

【0140】

適正化されたテスト方法は、下記手順１、手順２、手順３をこの順番で実行することで実現される。

【0141】

手順１：全ての交点におけるビアスイッチ２０が非接続状態であるプログラム及び複数のテストプログラムの各プログラム間における、プログラムを切り替える際に変更されるビアスイッチ２０の数を算出する。この際、上述した信号線の接続状態の変更方法を利用して、プログラムを切り替える際に変更されるビアスイッチ２０の数を算出する。

【0142】

手順２：各プログラム間における、プログラムを切り替える際に変更されるビアスイッチ２０の数を枝の重みとする完全有向グラフを生成する。

【0143】

手順３：生成した完全有向グラフを、全ての交点におけるビアスイッチ２０が非接続状態であるプログラムを始点と終点にする非対称巡回セールスマン問題と捉えて最適なテスト順を算出する。

【0144】

図１５Ａは、手順２により生成される完全有向グラフの一具体例を示す模式図である。

【0145】

図１５Ａにおいて、「Ａｌｌ ｏｆｆ ｃｏｎｆｉｇ」は、全ての交点におけるビアスイッチ２０が非接続状態であるプログラム、「Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇ Ａ」、「Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇ Ｂ」、「Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇ Ｃ」、「Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇ Ｄ」は、それぞれ、テストプログラムを示す。すなわち、図１５Ａは、プログラムの数が５つである場合の完全有向グラフを示す模式図となっている。また、図１５Ａにおいて、各矢印は各プログラム間の切り替え順を示し、各矢印に対応付けられている各数字は、その矢印の順にプログラムが切り替えられた場合に、状態が変更されるビアスイッチ２０の数を示す。

【0146】

図１５Ａに示されるように、各プログラム間でプログラムを切り替える場合には、プログラムの切り替え順が変わると、状態が変更されるビアスイッチ２０の数も変わる（但し、たまたま一致する場合もあり得る）。このため、手順２では、単に完全グラフを生成するのではなく、完全有向グラフを生成する必要がある。

【0147】

図１５Ｂは、手順３により最適なテスト順が算出される様子を示す模式図である。

【0148】

図１５Ｂに示されるように、図１５Ａに示される完全有向グラフを、始点と終点を「Ａｌｌ ｏｆｆ ｃｏｎｉｆｇ」とする非対称巡回セールスマン問題と捉えて算出される最適なテスト順は、「Ａｌｌ ｏｆｆ ｃｏｎｆｉｇ」、「Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇ Ｂ」、「Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇ Ａ」、「Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇ Ｄ」、「Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇ Ｃ」、「Ａｌｌ ｏｆｆ ｃｏｎｆｉｇ」の順となる。

【0149】

このように、手順３を行うことで、複数のテストプログラムによるテスト順は、半導体集積回路１に含まれる全てのビアスイッチ２０における、非接続状態と接続状態との間で切り替えを行う切替回数の総和が最小となる順となる。

【0150】

上述した最適化テスト方法は、例えば、例えば、コンピュータがプログラムを実行することで実現される。

【0151】

［９．考察］
上述したスニークパス問題の回避方法により、半導体集積回路１におけるＦＰＧＡとしてのプログラミングの自由度の低下を招くことなく、スニークパス問題の発生の回避することができる。

【0152】

また、上述したスニークパス問題の回避方法により、クロスバー回路１１内において、一の縦方向の信号線３１においても一の横方向の信号線３２においても複数のビアスイッチ２０を接続状態とすることができる。これにより、クロスバー回路１１内での縦方向の信号線３１間のトラック乗り換えが可能となる。また、これにより、クロスバー回路１１においてビアスイッチ２０を間引いた場合におけるルーティングのしやすさを向上することができる。また、これにより、論理ブロック１４の出力を縦方向の信号線３１における長距離用配線と短距離用配線との両方に出力することが可能となる。また、これにより、配線ツールのアルゴリズム及びデータ構造を単純化できるため、配線ツールのチューニング及び保守が容易になる。また、これにより、信号伝達経路の迂回が減少することになるため、ルーティング前段階での性能予測と、ルーティング後の実際の性能との不一致を低減させることができる。

【0153】

上述した信号線の接続状態の変更方法により、半導体集積回路１の長寿命化を実現することができる。

【0154】

例えば、図９Ａに図示された方法で、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態へと変更する場合には、ビアスイッチ２０の状態の変更回数は４４回となるのに対して、図９Ｂに図示された方法、すなわち、上述した信号線の接続状態の変更方法で、信号線の接続状態を第１の接続状態から第２の接続状態へと変更する場合には、ビアスイッチ２０の状態の変更回数は２４回となる。このように、ビアスイッチ２０の状態の変更回数は４５％削減されるため、半導体集積回路１のプログラム可能回数が８０％向上し、プログラミング時間が４５％削減される。このように、上述した信号線の接続状態の変更方法により、半導体集積回路１の商品価値が向上する。

【0155】

上述した適正化されたテスト方法により、半導体集積回路１の長寿命化を実現することができる。すなわち、半導体集積回路１の出荷後における、ビアスイッチ２０の状態の変更可能回数を最大化することができる。

【0156】

また、上述した適正化されたテスト方法により、半導体集積回路１のテスト時間を削減することができる。テスト時間が削減されると、半導体集積回路１の単価が下がる。すなわち、上述した適正化されたテスト方法によると、半導体集積回路１の単価を下げることができる。

【0157】

なお、実施の形態において、スニークパス問題の回避方法として、原子スイッチ２１をオフ状態からオン状態へと切り替える場合を中心に説明したが、原子スイッチ２１をオン状態からオフ状態へと切り替える場合も、原子スイッチ２１をオフ状態からオン状態へと切り替える場合と同様の考え方で、スニークパス問題を回避することができる。

【0158】

（補足）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態について説明した。しかしながら、本開示による技術は、これに限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態又は変形例にも適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0159】

本開示に係る信号線の接続方法、プログラム、及び、半導体集積回路は、例えば、ビアスイッチＦＰＧＡに利用することができる。

【符号の説明】

【0160】

１ 半導体集積回路
１０ 論理設定可能ブロック
１１ クロスバー回路
１２ コネクションブロック
１３ スイッチブロック
１４ 論理ブロック
２０ ビアスイッチ
２１ 原子スイッチ
２１Ａ、２１Ａａ、２１Ａｂ、２１Ａｃ、２１Ａｄ、２１Ａｊ、２１Ａｋ、２１Ａｍ、２１Ａｎ、２１Ａｐ、２１Ａｑ、２１Ａｒ 第１の原子スイッチ
２１Ｂ、２１Ｂａ、２１Ｂｂ、２１Ｂｃ、２１Ｂｄ、２１Ｂｊ、２１Ｂｋ、２１Ｂｍ、２１Ｂｎ、２１Ｂｐ、２１Ｂｑ、２１Ｂｒ 第２の原子スイッチ
２２ バリスタ
２２Ａ 第１のバリスタ
２２Ｂ 第２のバリスタ
２５ 銅電極
２６ ルテニウム電極
２７ 固体電解質
２８ 架橋
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｊ、３１Ｋ、３１Ｌ 縦方向の信号線
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｊ、３２Ｋ、３２Ｌ 横方向の信号線
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｊ、４１Ｋ、４１Ｌ 縦方向の制御線
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｊ、４２Ｋ、４２Ｌ 横方向の制御線
１０１Ａ～１０１Ｆ 共通接続点
１０２Ａ～１０２Ｅ 第１の非共通接続点
１０３Ａ～１０３Ｅ 第２の非共通接続点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】