LAYER ／ チップを載せる土台をつくる（PCB）
KiCad 入門
格安RISC-VマイコンCH32V003を題材に、回路図からプリント基板の設計・発注・手はんだ実装まで。設計したシリコンを動かす「体」をつくる、足回りの講座です。
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まず世界で何が起きているかを読み、そして ”自分チップ” を創ってみる。
いま、半導体（チップ）の世界では、AIをきっかけに、地球の歴史のカンブリア爆発になぞらえたくなるほどの大きな変化が起きています。チップの種類が爆発的に増え、設計の共通語が無償で開かれ、つくり方そのものが変わり始めた――。かつて巨大資本と専門家だけのものだった「チップを創る」が、いま、個人や小規模チームの手の届くところまで来ています。このシリーズは、まずその世界の全体像を読み解き、そのうえで実際に手を動かして確かめる――「知る」と「創る」を一本でつなぐ挑戦記録です。
※本シリーズのコンテンツ作成はAIを活用しております。内容や言い回しには注意しておりますが、誤りや表現に不適切な部分がある可能性がありますので、その場合はご容赦をお願いいたします。また、内容はご自身でも確認いただくよう、お願いいたします。内容検証は進めており、随時、アップロードし修正しています。なお、コンテンツの初稿は2026年6月です。
「ＣＰＵとＧＰＵの違いって?」というところから、ISA・RISC-V・2ナノの正体・マスクレス製造・フィジカルAIまで。コードも回路図も使わず、たとえ話だけで“いまの地殻変動”を読み解く全10章。なぜ、自分たちでチップを創ってみることにしたのか――その動機まで、この読み物が前段になっています。
↑ まずは上の読み物で世界の見取り図を。
命令セット（ISA）という「契約」を実際に履行する“機械”があります。この基礎編は、その“機械”を説明しながら、机の上に“機械”をブロックとして組み上げ、CPUの仕組みを解説します。
↑ CPUの設計はどうなっているのかが見えてきて、いよいよ「作ってみたい」と心に火が灯ったら、↓ の講座へ進んでください。
読み物が「個人にまで扉は開いたのか」と問いかけた、その先です。相乗りウェハの仕組みTiny Tapeoutに提出された過去3年・19シャトル・3,625件の設計を、公開データから数えました。何が作られ、誰が出し、この仕組みを誰の資金が支えてきたのか。数え方も限界も本文に書いてありますので、同じ手順で数え直せます。結論は書きません。判断の材料をそろえるところまでが、このコーナーの仕事です。
↑ 現場の数字を見たうえで、↓ の講座へ。
「あらゆるモノがつながる」「脳のように動くチップ」。期待は何年も前から語られているのに、まだ日常になっていない技術があります。このコーナーでは、まだ暗いうちに現地を歩き、どの層で止まっているのか、どこが面白いのかを確かめます。そして散歩の最後には必ず、自分の手で試しに行ける入口を書きます。第1弾はIoT、第2弾はニューロチップ。散歩の先は、その都度増えていきます。
↑ 散歩の終点は、↓ の実験室の入口です。
散歩は「こういう遊びができるはずだ」という構想を描くところで終わります。実験室は、その構想を受け取って、実際に回路を組み、数字を測って確かめる場所です。予想を先に書いて、それから測って、合っていても外れていても、そのまま並べます。講座のように順番に学ぶものではなく、やりたくなった実験から思いついた順に足していきます。第1弾は、神経細胞を Basys 3 で作って電流計で比べる「太鼓と見張り」。
↑ 読み物の棚は、地図・基礎・数字・散歩・実験室の五つ。どれから読んでも、↓ の講座につながります。
既存のボード（ラズパイやArduino、ESPなど）は、その優秀さやハンドリングのしやすさ、価格などから世界中で利用されています。しかし、使用したい機能・条件が合わないこともあります。「独自のASIC（カスタムチップ）を搭載した自作ボード」を自分で自由に開発できたらとの願望がそこから生まれます。その挑戦を無謀（果敢？）にもガチでやっていくのがこのシリーズです。そのために必要な技術を、無理なく積み上がる順番で、いくつかの基礎と、それを束ねる実践編に分けました。
なぜ「読み物」が先にあるのか。 上の読み物コーナーは、ただの前置きではありません。いま半導体の世界で本当に地殻変動が起きていること、そして「個人にまで扉は開いたのか?」という問い――それを確かめたいという動機こそが、この講座群を作った理由です。世界を知る（読む）→ だから自分の手で確かめる（創る）。この順番が、シリーズの背骨です。まず読み物で全体像をつかんでから講座に入ると、一つひとつの作業の“意味”が、ずっと見通しよくなります。
上流工程は、ぜんぶ地続き。 FPGAで書くVerilogコードと、ASIC化（LibreLane）に投入するコードは本質的に同一です。つまりFPGAで遊んでいる時点で、チップの「脳みそ」の設計スキルはすでに育っています。シリコン（中身）と基板（土台）という上下2つの階層を、同じ思想・同じ言語で貫けるのがこのシリーズの核です。
なぜ、この順番なのか。 最初に基板（PCB）の知識を固めておきます。まず既存のチップ（例えば、CH32V003）を利用した基板を作ってみると、それだけでも視界が広がり、自作チップに対する世界観が変わるだろうからです。また今後、開発ボードが「動かない」とき、原因がハードウェア（配線）か論理回路（コード）かの切り分け・あたりの付け方が明確になっていくからです。物理の不確実性を先に減らし、そこから論理（FPGA）、半導体製造（LibreLane）へと、一歩ずつ抽象度を上げていけます。
この講座は完成した手順書の清書ではなく、本当に動くチップが出来上がるまでの実験の並走記録です。本文には「未検証」「要・実機確認」といった留保が随所に現れますが、これは欠陥ではなく、実験の途中であることの表示です。現在も日々検証を進めており、2026年秋のテープアウトを目標にしています。
※初稿は2026年6月です。内容は検証しながら適宜、更新していきます。
チップ自作までの一気通貫の地図。各ステップが、下の講座のどれに対応するかを示します。
ユニバーサル基板の手配線から卒業し、専用基板を自分で設計・発注。最初に「足回り」を固める。さらにコードと自動化で設計を扱い直す発展編へ。
Lチカから始め、独自CPU（RISC-V）や周辺（UART/SPI）を論理回路として実装・検証する。
自作SoCを組み上げ、FPGA上で徹底検証。ハード・ソフト両面から自作システムを理解する。
検証済みVerilogを、製造データ（GDSII）へ。OpenLane/LibreLaneで配置配線・物理検証を学ぶ。ここから、トランジスタを自分で並べるアナログ設計へ分岐することもできる。
格安シャトルで実チップを製造し、KiCadの技術で自作基板へ実装。世界に一つの自作ボードを完成。
KiCad／FPGA／LibreLane／アナログIC設計は、それぞれ独立して学べる基礎の講座です。体（基板）・脳の設計（論理回路）・中身（シリコン物理設計）・そのさらに内側（トランジスタ）という、別々の土台をひとつずつ固めます。実践編（自作RISC-V SoC実践編）は、そのうちKiCad・FPGA・LibreLaneの基礎を束ね、SoC設計からテープアウト・基板化までを1コースで貫く実践編です。だから実践編の中には、LibreLane（テープアウト）もKiCad（基板化）も登場します。なお、この基礎と実践編とは別に、KiCad入門の発展として、基板設計をコード（skidl）と自動配線（FreeRouting）で扱い直す応用コース「コードとAIでPCB自動化」も用意しました（KiCad入門の次に読む中級編です）。また基礎04「アナログIC設計入門」は、基礎03が扱う「論理の物理設計」の一段内側、トランジスタを自分で並べる側を扱う講座です。実践編には合流しない独立した枝なので、興味のある方だけが進めば十分です。上の「5ステップ・ロードマップ」は“作業の時系列”、この一覧は“役割の地図”で、軸が異なります。番号の前後は気にせず、まず基礎を固め、最後に実践編で一気通貫してください。各講座は現在「準備中」（先行公開）です。
格安RISC-VマイコンCH32V003を題材に、回路図からプリント基板の設計・発注・手はんだ実装まで。設計したシリコンを動かす「体」をつくる、足回りの講座です。
KiCad入門で作った土台の上に、結線をコード（skidl）で書き、配線をFreeRoutingに自動で引かせ、要所を人が仕上げる中級コース。電源部を足して5Vで自立するCH32V003ボードを、新しいやり方で設計から発注まで一周します。
書き換え自由なBasys 3/Artix-7で、本物の論理回路設計を手元で何度でも。自分で書いたVerilogを実機で光らせ、最後はRISC-V CPU（PicoRV32）まで動かします。
オープンソースEDAだけで、RISC-V SoCをRTLからGDSIIまで。論理合成・自動配置配線・物理検証を、商用ツールなしで自分の手で行い、テープアウトへ橋渡しします。
基礎03で自動配置配線ツールが並べていた「標準セル」、その中身を今度は自分で描きます。CMOSインバータを1個、回路図からシミュレーション・レイアウト・DRC/LVSを通してGDSまで。機械が計算し、AIが判断を助け、人が決めるという進め方を全章で通し、判断が必要になった場面はすべて記録して最後に集計します。
PicoRV32とWishboneで、自分だけのオリジナルSoCを設計。FPGA（Basys 3）で徹底検証し、最後はテープアウトと基板化まで一気通貫で目指す、シリーズの実践編です。