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2026年!初アウトプットをしよう
@take_hoojoo(ほうた)

オープンソースPDKの歩き方 🚶

Last updated at Posted at 2026-01-20

オープンソースPDKの歩き方 🚶

この記事では、

  • PDKとは何か
  • オープンソースPDKの読み方・触り方
  • 標準セル・SPICE・SRAM・P&Rを通した実践例
  • 「遊びながら理解する」PDKの楽しみ方

を、実体験ベースで紹介します。

半導体設計に興味はあるけれど、

  • PDKってなんだろう？
  • オープンソースPDKはどう触ればいい？
  • 何をしたら理解できる？

そんな疑問を持つ人向けに、
「オープンソースPDKの歩き方」 をまとめました。

これは仕事としてPDKを扱う話ではなく、
「遊びながらPDKを理解する」 という視点での話です

そもそもPDKとは？

PDK（Process Design Kit）は、
半導体設計に必要な情報をすべてまとめたパッケージです。

含まれるものは例えば：

  • トランジスタモデル（SPICE）
  • デバイスパラメータ
  • デザインルール
  • DRC / LVS / ERC ルール
  • 寄生抽出ルール（LPE / PEX）
  • 標準セル
  • 配置配線向け設定（自動設計フロー）

昔は、

  • デバイスパラメータ
  • デザインルール
  • SPICEモデル

いわゆる 「三種の神器」 だけでIC設計ができた時代もありました。

しかしプロセスの微細化とEDAツールの進化により、

  • 検証ツールの増加
  • レイヤ数・デバイスタイプの増加
  • マスクコスト・リスピンリスクの増大

といった背景から、
設計・検証に関わるすべてがPDKに組み込まれる時代 になりました。

PDKを「読む」ならどこから？

PDKを理解したいとき、
いきなりデザインルールを読むのは正直かなりつらいです。

おすすめは 標準セルのレイアウトを見ること です。

標準セルを見るだけで、

  • レイヤ構成
  • 最小ルール（幅・間隔・包含）
  • Metalピッチと配線方向
  • Poly幅・ピッチ
  • Well構造・隔離構造

といった情報が一気に見えてきます。

実際の標準セルレイアウト例です（SKY130）。
スクリーンショット 2026-01-20 21.24.57.png

標準セルは ミニマムルールの塊 なので、
「読む」より 「見る」だけで分かる情報が多い のが最大の強みです。

実際に描いてみると理解が跳ね上がる

さらにおすすめなのが、
自分でスタンダードセルを描いてみること です。

例えば：

  • 8トラックセル → 7トラックセルに削ってみる
    スクリーンショット 2026-01-20 20.43.48.png

こんなことをすると、

  • どのルールが本質的に効いているのか
  • Poly / Active / Contact の本当の限界
  • 配線層で「絶対に譲れない条件」
  • そのPDK特有のクセ（描きやすさ・描きにくさ）

が、手を動かした瞬間に見えてきます。

デザインルールの「思想」を理解するには、
ルールと睨めっこしながら描くのが一番です。

デバイスパラメータから「性格」を読む

次はデバイスパラメータです。

Ion（オン電流）と Ioff（オフ電流）を見るだけでも、
そのプロセスの性格がかなり分かります。
スクリーンショット 2026-01-20 20.45.42.png

  • FF：高速だがリークが大きい
  • SS：遅いがリークが小さい

ここから、

  • 高速性とリークのトレードオフ
  • 設計時の遅延（Tpd）や消費電力感
  • Vthばらつきのウインドウ

といったことが推定できます。

デバイスパラメータに情報が少ない場合は、
SPICEシミュレーションで補うのも有効です
（ただしモデルの精度には注意）。

SPICEシミュレーションしてみる

実際にSPICEを回すと、
デバイスの細かい挙動が一気に見えてきます。

  • I-V特性の確認
  • スタンダードセルのTpd評価
  • パワー vs スピードの傾向確認
    スクリーンショット 2026-01-20 20.47.35.png

Symbolが用意されていない場合でも、
ネットリストを手書きすれば十分試せます。

「読む → 描く → シミュレーションする」
この流れができると、PDK理解が一段階上がります。

🔗 オープンソースPDK活動のコミュニティサイト
https://ishi-kai.org/

PDKを自作するなら何から？

三種の神器（デバパラ・デザインルール・SPICE）があれば、
PDKは作れます。

まずは 最小構成 を目指します。

1. レイヤ定義（Layer Map）

  • レイヤ名・番号・色・GDSマップ
  • デザインレイヤとマスクレイヤの対応
    スクリーンショット 2026-01-20 20.49.49.png

ここでPDKの「世界観」が決まります。

最低限必要なのは：

  • Active
  • N-WELL / P-WELL
  • POLY
  • N+/P+ S/D
  • Contact
  • Metal / Via

2. 最小DRC

  • Width / Space / Enclosure
  • INV / NAND が描ければOK

3. LVS

  • MOS抽出（W/L）
  • 接続抽出（Metal / Contact）
  • SPICEモデルとの整合

4. 簡単な標準セル

  • INV / NAND → ミニマムルール確認
  • DFF → 実用レベル確認

まずは
「設計ツールが解釈できるPDK」 を作るのがゴールです。

オープンソースPDKは「遊ぶ」のが正解

仕事のPDK開発と、
オープンソースPDKの遊び方は全く違います。

仕事 遊び
納期・正確さが最優先 思いついたら試す
再現性重視 壊してOK
社内ルール 自分ルール

SPICEモデル調整、
Librettoでのキャラクタライズ、
SRAMビットセル設計、
7トラックセルでOpenLaneを流す…

こうした「遊び」を通して、
仕事以上にPDK理解が深まることも多いです。

これまでオープンソースPDKで遊んできたこと

ここからは、実際に オープンソースPDKを使って遊んできた例 を紹介します。

仕事としてのPDK開発ではなく、
「理解を深めるために、気楽に触ってみる」
というスタンスです。

ミニPC＋ミニSSDで設計環境を作って遊ぶ

まずは環境づくりから。

格安のミニPCと、複数のミニSSDを用意し、

  • ミニPC (CHUWI LarkBox X 2023)
  • Linux（Linux Mint 21.3 "Virginia"）
  • 各種EDAツール
  • 複数のオープンソースPDK

を mini SSDごとに入れ替えて遊ぶ ということをやっています。

  • SKY130
  • GF180MCU
  • TR-1um

などを、物理的にミニSSDを差し替えるだけで切り替えられるので、

  • 環境を壊しても気にならない
  • 出先でもノートPCに挿して使える
  • 「このPDKだけの環境」を簡単に作れる

といったメリットがあります。
スクリーンショット 2026-01-20 21.06.36.png
スクリーンショット 2026-01-20 21.09.24.png

SPICEモデルのパラメータをいじって遊ぶ

次は SPICE モデルです。

Vth0 や U0 などのパラメータを少しずつ変えながら、

  • Id–Vg 特性がどう変わるか
  • 仮想測定値とどれくらいズレるか

を確認してみました。

スクリーンショット 2026-01-20 21.11.30.png

さらに、

  • 仮想測定データ
  • SPICEシミュレーション結果

の差が最小になるように、
Vth0 / U0 を探索させる簡単なフィッティングも試しています。

「モデルを正確に作る」ことが目的ではなく、

モデルが回路特性にどう効くのかを体感する
のが狙いです。
スクリーンショット 2026-01-20 21.12.45.png

キャラクタライズツール Libretto で遊ぶ

キャラクタライズツール Libretto を使って、

  • オリジナルモデル
  • 自作調整モデル

の両方で、標準セルのキャラクタライズを行いました。

結果を比べてみると、

  • 遅延の傾向
  • スロープ依存性
  • モデル差がどこに出るか

が視覚的に分かります。

「キャラクタライズ結果を見る」ことで、
SPICEモデルの違いが
回路レベルでどう現れるか を理解できます。
image.png

🔗 キャラクタライズツール Libretto
https://github.com/snishizawa/libretto

SRAM 6Tビットセルでメガネ特性を描いて遊ぶ

次は SRAM です。

6T SRAM ビットセルを使って、
いわゆる メガネ特性（バタフライカーブ） を描き、
SNM（Static Noise Margin）を評価してみました。

  • SPICEモデルの違い
  • トランジスタサイズ比

によって、メガネの形がどう変わるかを見るだけでも、
SRAMの安定性に対する理解が深まります。
スクリーンショット 2026-01-20 21.15.47.png

SRAMビットセルをレイアウトして遊ぶ

さらに、SRAMビットセルを実際にレイアウトしてみました。

  • 従来の縦型セル
  • 点対称型セル

を描き比べることで、

  • 配線効率
  • セル面積
  • 将来スケーリング時の余地

といった点が見えてきます。

「回路だけ」「レイアウトだけ」ではなく、
両方やることで理解がつながる のがポイントです。
スクリーンショット 2026-01-20 21.17.11.png

自作7トラックセルでOpenLaneフローを流してみる

最後はデジタルフローです。

自作した 7トラック標準セル について、

  • GDS
  • LEF
  • Verilog
  • Liberty（.lib）

を用意し、OpenLane のフローを実際に流してみました。

その結果、

  • 本当にP&Rが通るのか
  • 配線密度の限界
  • 既存セルとの相性

といったことが、非常によく分かります。

「セルを作って終わり」ではなく、
実際にフローに流す ところまでやるのが重要です。
スクリーンショット 2026-01-20 21.18.22.png

スクリーンショット 2026-01-20 21.19.14.png

オープンソースPDKは「遊ぶ」と理解が深まる

ここまで紹介した内容は、

  • どれも仕事として必須ではない
  • 効率も決して良くない

かもしれません。

それでも、

  • 壊していい
  • 試していい
  • 笑っていい

という環境で触ることで、
PDKの理解は確実に深まります。

オープンソースPDKは、
学習用・実験用として最高の教材 だと思っています。

まとめ

  • オープンソースPDKは「遊ぶ」と理解が深まる
  • 自分で壊して直した経験が、いちばんの教材になる

オープンソースPDKは、
誰もが半導体設計を楽しめる世界への入口 です。

関連資料

2025年12月イベント「東海理化シャトルのオープンPDK解説会」
https://ishi-kai.org/information/seminar/2025/10/30/DecEvent_1213.html

発表スライド（PDF）はこちら：

📄 オープンソースPDKの歩き方
https://ishi-kai.org/assets/presentation/event/202512/Guide2OpenSourcePDKs.pdf

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