《IEEE Solid-State Circuits Magazine》：Open Source Ecosystem in Japan, New OSS Design Activities [Society News]
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本文针对日本在半导体决策与开源生态建设方面传统认知的转变，介绍了由OpenSUSI组织联合产业与学术界开展的TR-1μm开源PDK（Process Design Kit）发布及实践研究。通过举办设计研讨会与人才培训项目，研究证实了开源PDK在降低集成电路（IC）设计门槛、培育跨领域创新人才方面的有效性，并推动了日本本土半导体制造生态的多元化发展，为全球OSS（Open Source Software）设计社区提供了关键技术支持。
在全球科技竞争日益激烈的背景下，半导体产业已成为国家战略竞争力的核心。长期以来，外界普遍认为日本在商业和政策决策上步伐缓慢，但近年来，从政府推出的半导体战略到产业界的快速响应——例如备受关注的Rapidus项目，都展现出截然不同的态势。这种转变同样体现在日本开源软件（OSS）生态的活跃度上，其发展势头持续增强。特别是在开源半导体设计领域，日本正以前所未有的速度推进创新实践，试图打破传统封闭式设计模式的高门槛，让更广泛的研究者和学生能够接触并参与到集成电路（IC）设计中来。
为什么这一转变如此重要？因为半导体设计长期以来被少数大型企业垄断，设计工具和工艺套件（PDK）成本高昂，使得许多高校、初创企业及个人开发者难以涉足。这不仅限制了创新人才的培养，也阻碍了新兴技术方案的快速验证与迭代。为了解决这一问题，日本产业界、学术界及非营利组织开始联手推动开源半导体生态建设，旨在通过共享设计资源、降低技术门槛，培育能够通过半导体驱动创新的人力资源。
在这一背景下，2024年4月成立的非法人组织“开源利用硅倡议”（Open Source Utilized Silicon Initiatives, OpenSUSI）发挥了关键作用。该组织在GitHub仓库上发布了开源的1微米（1-μm）CMOS（互补金属氧化物半导体）技术文档及原始PDK，命名为TR-1um。这一技术由TOKAI RIKA株式会社提供，使得设计者能够基于成熟的1微米工艺进行电路设计与验证。与SkyWater、GlobalFoundries、iHP等平台类似，此类替代性器件技术的开放，为全球OSS设计社区提供了更多元化的制造选择，具有重要意义。
为了验证这一开源PDK的实用性与教育价值，2025年9月24日至25日，九州大学、TOKAI RIKA、OpenSUSI以及日本OSS设计社区ISHI-Kai联合举办了一场基于TR-1-μm开源PDK的实践设计研讨会。九州大学半导体与价值创造教育中心作为主导机构，推动了半导体设计教育的新举措，而来自九州地区的ISHI-Kai成员则担任讲师。研讨会吸引了不仅是电子工程专业的学生，还包括其他学术领域及附近高校的参与者。值得注意的是，一位日本经济新闻（NIKKEI）的记者也以学员身份参与，亲身体验半导体设计的具体流程。这一现象反映出日本社会对半导体领域的关注正不断深化和多元化。
九州大学半导体与价值创造教育中心代表Kanaya教授评价道：“本次研讨会利用开源PDK和设计工具进行版图设计与芯片原型教育，是日本大学中的开创性尝试。如果IC设计能够随时随地进行，将有助于培养通过半导体创造价值的人力资源，推动创新。”研讨会内容聚焦于入门级的定制版图与电路设计，从所谓的“L-chika”（日语中“LED闪烁”的简写，常被视为硬件设计教育的第一步）开始。许多ISHI-Kai成员也借此机会实现了多种半导体设计，包括运算放大器（op amps）和1位CPU。
在研讨会之前，作为2025年8月11日至15日举行的Security Camp 2025（日本顶尖的底层软件工程师人才培养项目）的一部分，还举办了一场为期一周的半导体设计 Workshop。该项目得到政府相关组织信息技术促进机构（IPA）的支持。OpenSUSI主导了这一倡议，并通过TinyTapeout SKY25a提交了两款数字版图设计，标志着TinyTapeout在日本首次正式用于教育目的。此外，据上期报道，日本另一家8英寸传统晶圆厂正在讨论加入OSS制造生态，并有一封公开信呼吁其参与。
主要技术方法
本研究主要依托开源PDK（TR-1um）和设计工具开展实践教育。关键技术方法包括：1）基于1-μm CMOS工艺的开源PDK发布与GitHub共享；2）通过线下研讨会与Workshop形式，组织学员进行定制版图与电路设计实践；3）利用TinyTapeout平台实现设计提交与制造对接；4）联合高校（九州大学）、企业（TOKAI RIKA）及社区（ISHI-Kai）等多方资源，推动产教融合。样本来源于参与研讨会的学生、跨学科学员及Security Camp参与者。
研究结果
（a）和（b）九州大学的实践设计研讨会
研讨会通过动手操作，使参与者掌握了基于开源PDK的版图设计流程。结果显示，不仅电子工程专业学生，跨学科参与者也能快速入门，反映出开源工具在降低学习门槛方面的有效性。
（a）和（b）九州大学实践设计研讨会生成的GDSII文件
学员成功完成了从电路设计到GDSII版图文件的生成，包括LED驱动电路、运算放大器和1位CPU等设计。这表明TR-1um PDK在教育场景下具备完整的可操作性。
（a）–（c）Security Camp 2025的半导体设计研讨会
在Security Camp期间举办的Workshop进一步扩大了受众范围，吸引了底层软件工程师参与半导体设计。OpenSUSI通过TinyTapeout提交了两款数字设计，实现了教育成果向实际制造流程的衔接。
结论与讨论
日本在开源半导体生态建设方面展现出显著活力。OpenSUSI发布的TR-1um PDK及其在教育实践中的成功应用，证明了开源模式在降低IC设计门槛、培养跨领域创新人才方面的潜力。多方协作的研讨会模式不仅提升了本土设计能力，也为全球OSS社区提供了可复制的经验。随着更多晶圆厂可能加入开源制造生态，日本有望在半导体创新生态中扮演更关键角色。这一趋势对全球半导体人才培养与技术创新具有深远意义。
