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電子回路の民主化とその実践

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電気学会電子回路研究会(1/23-24)でお話させていただいた資料です。
http://ieej.vlsi.ee.noda.tus.ac.jp/ect/ectp/2014/p14-01-23.html

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電子回路の民主化とその実践

  1. 1. 電子回路の民主化とその実践 秋田純一(金沢大) Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  2. 2. Contents ムーアの法則 ムーアの法則の功と罪 「マイコン」という概念 技術の民主化とその可能性 製造業の転換点: MAKERS フィジカル・コンピューティング マイコンの民主化とその実践 集積回路技術の民主化へ まとめ 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  3. 3. 自己紹介  浅田研@東大(VDEC)でPh.D(‘98)(イメージセンサ)  藤島先生がD3のときのB4、池田先生の2つ下  金沢大(’98~’00・’04~)  公立はこだて未来大(’00~’04)  ’95〜’00:はこだて未来大 計画策定委員  本業:(機能つき)イメージセンサ  原点:小4のころ:半田付け  好きな半田はPb60%:Sn40%  泉弘志先生の本  トランジスタ回路=「パターン」認識として体得 (理論は後付け:大学3年ではじめて) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  4. 4. 最近の研究テーマ 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  5. 5. 研究スタンス コンピュータと実世界の接点(インタ フェース) 人間-コンピュータ 人間-人間 コンピュータ-コンピュータ 具現化手段 集積回路(既存のLSIで実現不可能ならば) マイコン ユーザ(人間)の知覚や感覚の特性も重 視 Interface Device interfaceDevice Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 2014/1/22
  6. 6. ムーアの法則と「マイコン」 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  7. 7. ムーアの法則 http://www.intel.com/jp/intel/museum/processor/index.htm (日経BP Tech-On! 2009/03/30の記事より) 加工寸法が3年で1/2になる(べき) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  8. 8. ムーアの法則のもたらしたもの 「わかりやすい&嬉しい」指針 メーカ側:微細化による性能↑&コスト↓ ユーザ側:機能↑&コスト↓ 他の産業にない半導体・電子産業の特異性 重要な前提 「ユーザの機能飢餓」の存在 (潜在的に高機能な製品が求められている状 況) ムーアの法則はユーザの機能飢餓を満たしてき た ・・・当たり前と考えられてきた? 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  9. 9. 実例:4MbDRAMの立ち上がり  1Mb→4Mbの交代は ビット単価では説明できない  不景気説は×  DRAM大口ユーザのPCのOS (Win3.1→Win95)の世代交代? 2014/1/22 (直野「転換期の半導体・液晶産業」(日経BP,1996)) Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  10. 10. 実例:テレビ 市場動向をどうとらえるか? 公共事業で「市場を作る」ことは長期的に得策か? (オリンピック、エコポイント、・・・) 学生にテレビを持っているか聞くと10%程度 PC(動画)と競合すべき?(時間の使い方として) 「地デジ移行」・・・画質等の機能飢餓<<<アナログ停 波 http://www.garbagenews.net/archives/1935926.html 2014/1/22 http://www.nissay.co.jp/enjoy/keizai/32.html Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  11. 11. ものづくり・製造業のあるべき 姿 ものづくり = Why x What x How Why : なぜそれを作るのか? What : 何を作るのか? How : どうやって作るのか? “Why”が「欠如」しているケースが多い? (特にエレクトロニクス産業では) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  12. 12. SoCのジレンマ 高度な微細化→System on a Chip (SoC) =専門性の高いCustom品 &高いイニシャルコスト (設計・製造装置) =尐量多品種への依存 特定製品への強い依存 iPhone搭載SoC/DRAM/フラッシュメモリ/液晶 パネル iPodのフラッシュメモリ 「産業として自立できていない」? 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  13. 13. ムーアの法則の別の側面 コストダウン 同一機能を小チップ=低価格で 古い世代の製造装置でも作れるLSIも、 「そこそこ」高性能 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  14. 14. ムーアの法則と「マイコン」とい う概念 技術的には:枯れた技術の固まり RISC, Flashメモリ, ... ハーバード アーキテクチャ, ... (Atmel ATtiny10データシートより) (日立/Renesas H8/3048F) 使い方的には・・・? 「コンピュータ」が安く小さくなることの意 義 単なる「ダウンサイジング」ではない パラダイムの転換(の可能性) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  15. 15. 「マイコン」によるパラダイム シフト 例:「LED点滅回路(Lチカ)」 Ra 4 8 7 Rb 2 C 3 6 N E555 while(1){ a = 1; sleep(1); a = 0; sleep(1); } 5 古典的な方法:発振回路 ソフトウエア的な方法 (可能だが非現実的) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  16. 16. 「LED点滅」をマイコンでやる と? マイコン使用 部品点数=1 コスト:100円 発振回路(555) 部品点数=4 コスト:150円 コスト面:マイコン○(「もったいなくな い」) 機能面:マイコン○(多機能・仕様変更も Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 2014/1/22
  17. 17. 「原子」化するマイコン Atmel ATtiny10(8MHz) NXP LPC1102 (Coretex-M0/50MHz) システムの中心的構成要素→システムの構成要素の1つへ(「マイコン・リッチ」 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  18. 18. 破壊的イノベーションへ 「コンピュータ」が小さく安くなった 「だけ」 システム構成の概念を変える可能性 (「破壊的イノベーション」) ここまでの質的な変化が 実質になるためには? 設計者が意図できるか? ユーザが理解できるか? (C.クリステンセン「イノベーションのジレンマ —技術革新が巨大企業を滅ぼすとき」(翔泳社 (2001)) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  19. 19. 「マイコン」における料理人 「マイコン」の「調理例」を示す「料理 人」 雑誌記事、電子工作キット、・・・ 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  20. 20. 新しいパラダイムでの「料理人」の重 要性 2000年頃から店頭に→食べ方??? 料理番組・雑誌等での調理例→定番キノコ に 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  21. 21. 技術の民主化とその可能性 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  22. 22. 技術の民主化とその可能性 製造業の転換点: MAKERS FabLab ロングテール MAKERSムーブメント フィジカル・コンピューティング マイコンの民主化とその実践 集積回路技術の民主化へ 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  23. 23. MAKERSの例:FabLab 「(ほぼ)なんでも作る方法」 (MITでの演習) 上流から下流まで一通りを すべて体験する 「作りたいもの」を 「具現化する」プロセス http://fab.cba.mit.edu/classes/MIT/863.08/ 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  24. 24. MAKERSの例:FabLab 加工機をコアにしたものづくりコミュニ ティ レーザーカッター、3Dプリンタ等 DIYからDo It With Others (DIWO)へ 現在、日本では鎌倉とつくば他 「製造技術の民主化」 →市民が「製品は買うものではなく作るも の」へ カフェ併設などの派生型も 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  25. 25. MAKERSの例:ロングテール (昔)尐数のヒット商品 →(今)多数のニッチ商品 ニッチも多数なので 総和は大きい 例:音楽販売では、 25,000位以下で売上の40% 「一部のヒット商品」がなくなる 音楽業界:△25%(’01〜’07) ヒットアルバム:△60%(’01〜’07) 2014/1/22 (C.アンダーソン「ロングテール」,早川書房 (2009)) Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  26. 26. 「ロングテール」の背景と意義 嗜好の多様化←メディアの多様化 昔はテレビ(地上波だけ)しかない 「8時だよ全員集合!」はピーク時平均視聴率50% 「他に見るものがないから」という要因も大きい 今:テレビ持ってますか?(学生だと10%程度) リコメンデーション等の「出会いの手段」の進歩 (マイナーなものを知る機会) 在庫コスト:大幅↓(オンライン・ストア) =多様な商品が、消費者の選択の対象に 限られた製品数=生産者・流通業の都合 (CDストアの棚の制限) ユーザの嗜好を満たす=産業の使命の実現 へ Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 2014/1/22
  27. 27. MAKERSムーブメント 「21世紀の産業革命」とも呼ばれる 産業全体:130兆ドル IT産業(bit産業):20兆ドル(15%) C.アンダーソン 残り(85%):atom産業(モノが関わる) 「MAKERS」 (NHK出版,2012) 「IT産業革命」は限定的→本命はatom産業 三木・宇都宮 「マイクロモノづく り を始めよう」 (テンブックス,2013) ものづくりの「ロングテール」を支える技術革新 3Dプリンタ等によるプロトタイピング クラウド・ファンディング(市場調査・資金調達) サプライチェーン活用による 量産手段の民主化 「モノへの愛着」の重要性 (熱心なファン) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  28. 28. SFの中のMAKERS? 例:野尻抱介「南極点のピアピア動画」 日本の次期月探査計画に関わっていた大学院 生・蓮見省一の夢は、彗星が月面に衝突した瞬 間に潰え、恋人の奈美までが彼のもとを去った。 省一はただ、奈美への愛をボーカロイドの小隅 レイに歌わせ、ピアピア動画にアップロードす るしかなかった。 しかし、月からの放出物が地球に双極ジェット を形成することが判明、ピアピア技術部による “宇宙男プロジェクト”が開始され る・・・・・・ ネットと宇宙開発の未来を描く4篇収録の連作 集 ・・・・??? 2014/1/22 野尻「南極点のピアピア動 画」 (早川書房 , 2012) Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  29. 29. 要約(ネタバレ)と「示唆」 ニコニコ技術部でロケットつくって宇宙 に行ったり、潜水艦でクジラと会話す る、というお話 この小説の示唆・・・?(私の解釈) 個々人の才能は尖っている(レベルが高い) =潜在的な生産者・技術の存在 皆で力をあわせると、すごいことができる =潜在的な共同起業の可能性 現在は、皆が「趣味」の範囲でやっている もしかしたら産業になる・・・? 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  30. 30. メイカー企業 小規模製造業 数万個ロット 高い技術力 熱心なユーザ・ファン http://www.bsize.com/ 価格勝負でないユニークな製品 「製造業におけるロングテールの具現化」 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  31. 31. 大量生産型産業からの脱却 FabLabとロングテールとMAKERSの共通点: 従来の産業=大量生産・大量消費 実は「製造者の都合」 「黒である限り何色の自動車でも手に入る」(H.フォード) 消費者は「限られた選択肢から選ぶ」ことに 慣れきっている 平均的な満足だが、真の満足ではない 「多様なニーズを満たす多様なモノ・サービス」を 具現化するステップ ただし「大量生産産業」を置換するものではなく、 共存するもの=「製造業・産業の多様化」 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  32. 32. MAKERSの背景:フィジカルコンピューティ ング PC内にとどまらず、 物理現象を扱うコンピューティング 使いやすくまとめたマイコンボード+開発環境 センサ・アクチュエータの接続・情報処理が容 易 「たいしたことないもの」に見える ただのマイコンボード? マイコンボードの民主化 ArduinoUno 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  33. 33. フィジカルコンピューティングを支えるコミュニ ティ ハードウエアのOpen Source化 (OSHW: Open Source Hardware) 改良・派生を促す 共通ベースを使って、ユーザごとの付加価値 (「作りたいもの」を素早く具現化する道 具) Arduino用シールド(拡張ボード)の例 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  34. 34. 「シールド商法」? (いままで)自社製品の評価ボード 様々でQuickStartがスムーズにできた試しがな い マイコンも開発環境もメーカの「押しつけ」 (これから?)「シールド商法」 自社製品(LSI、モジュール)を Arduinoシールドに載せる Arduinoライブラリを公開 YAMAHAボーカロイドLSI NSX-1シールド (SwitchScience Webサイトより) Arduinoピン互換ボード (別マイコン)も多数 スムーズに「完成版」で自社製品を搭載 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  35. 35. 製造技術の「民主化」という見 方 (従来)製造技術=プロの特権 (いま)製造技術=誰でも使える(民主 化) ユーザの裾野が広がった(多様化) 例:基板設計・製造、部品調達 相対的に「プロ」の重要性が増大 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  36. 36. 技術の民主化がもたらすもの (L.Fleming, "Perfecting Cross‐Pollination", Harvard Business Review, Vol.82, No.9, pp.22-24 (2004)) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  37. 37. 別の「製造業」の在り方の模索 技術(同人)サークル「テクノアルタ」 学生の発案 「趣味」「副業」としての製造業? 「製造業」したいが 「起業」する勇気はない、 という人はかなり多い? 「副業でできること」↑ CAD、基板製造、サプライチェーン 「ライフスタイルの多様性・複業」 という文脈の位置づけ 第1弾:「冷えミク」(70個即完売) 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  38. 38. マイコンの民主化とその実践 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  39. 39. 「マイコン」の別の可能性 電子回路→コンピュータの継続性 本来はつながっている知識学問体系 ・・・全体を通して理解している人がいる か? 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  40. 40. 似た現象?:化学〜生物学・医 学 化学〜生物学・医学の学問体系 脳・知能 生物(多細胞生物) 細胞 タンパク質・DNA 分子・原子 超えられない壁? 化学と生物学をつなごうとする試み: 分子生物学、生物物理学、・・・ まだ成功はしていない 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  41. 41. 学問体系が断絶した世界で発生する問 題 例:ガン化したトランジスタ・・・? コンピュータ=決定論的システム =構成要素の完全動作が前提 微細化の進展→量子効果等による動作の不確実性↑ 現状では、製造技術や設計技術で、なんとか抑え込 む ・・・いつまでも可能なのか? 「ハード屋」の言い分:ソフトウエアでなんとかしてくれ 「ソフト屋」の言い分:ハードウエアがしっかりしてくれ 例:組込みシステム トレイ開閉ボタンを押してから45秒後にトレイが開 く Blu-rayレコーダ(実話) 2014/1/22 「ソフト屋」の言い分:「CPUがもっと速くなってくれ」 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  42. 42. マイコン:これらをつなぐ媒 体? ぎりぎり、命令実行ステップ〜高級言語 が つながる規模 入出力のための電子回路と 親和性・関連性が高い 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  43. 43. 実践例:PSoCを用いた○○の製作 金沢大3年生の実習(半期)として実施 作りたいもののアイディアを出す(実現性は考慮し ない) そのアイディアの実現可能性を、指導者と吟味 用いるセンサ・アクチュエータを選定 期間内に実現できそうなレベル・複雑度を設定 学習方法の効率化 2014/1/22 用いるマイコン(Cypress PSoC1)を共通化=ノウハウ共有・蓄 積 用いる部品のデータシートの読み方を学習 =自ら先へ進めるようにステップアップ 「自分で考えた、作りたいもの」を作るので、 モチベーションを維持しやすい Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  44. 44. 結果:作品例 タッチ式記憶ゲーム 学習式目覚まし時計 作曲機能つき ミニゲーム機 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  45. 45. 実践例:新4年生トレーニング 「机上の理論」としての電子回路 ←→「物理的実体」としての電子回路 例:1[fA]をオペアンプで計測 例:電源100[V]の回路を設計 例:ICの入力電圧範囲 例:2.54mmピッチのコネクタって? 新4年生トレーニングのお題 「オペアンプの特性を測る」 →データシート値と比較 例:オープンループゲイン、スルーレートな ど 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  46. 46. 実践例:マイコンブ マイコンブ (研究室内サークル) マイコンペ(コンペ) →各種イベントで展示 ノウハウ共有 いずれも学生の発案 http://combu.ifdl.jp/ 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  47. 47. 集積回路技術の民主化へ 集積回路方面でよくある議論(パネルな ど) 「半導体産業はどこへ進むべきか?」 「何か使えるところはないか?」(堂々巡 り) (情報機器・家電を使わないLSI設計者の発 想?) 解決策:「集積回路技術者の多様化」 集積回路技術の民主化・人材の新陳代謝 東大VDECによって、かなりユーザの裾野は広 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ がったが、まだ不十分(顔ぶれの固定化)
  48. 48. 集積回路技術の民主化の課題1 高い製造コスト ムーアの法則→非先端プロセスでも十分な性能 設計ルールのNDA→λルールでオープンソース 化? 5umルールでも十分(な人も多い) 「P板.com」によるプリント基板の民主化が好例 「ミニマルファブ」等にも期待 http://unit.aist.go.jp/neri/mini-sys/fabsystem/minimalfab.html 2014/1/22 http://www.p-ban.com Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  49. 49. 半導体産業に求められるもの (1) ミニマルファブ 尐量多品種向きの半導体製品生産の方法 「半導体の製造方法の民主化」により 情報通信産業構造の質的な変化の可能性 http://unit.aist.go.jp/neri/mini-sys/fabsystem/minimalfab.html 2014/1/22 http://www.p-ban.com Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  50. 50. 集積回路技術の民主化の課題2 高い設計コスト 原因:一部CADベンダの独占 「集積回路のロングテールの裾」では、 高機能なCADツールは無用の長物 フリーウエアで(多くの用途で)十分 Magic(レイアウト)、spice(シミュレーショ ン)など プリント基板CAD(Eagleなど)は好例 基本機能のCADだけで、かなりものが作れる 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  51. 51. 集積回路技術の民主化の課題3 情報共有コミュニティの欠如 集積回路の高度化+産業の構造的な行き詰ま り →高度な多様化・人材の新陳代謝の停滞 →コミュニティの縮小・「夢」と多様性の喪 失 若手を延ばすECT研究会は好例? 集積回路技術の民主化+多様性の向上で 十分に解決可能なはず 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  52. 52. 実践例:Lチカ専用LSI CMOS 0.18[um] 5Al/Die=2.5x2.5[mm] RingOsc(1001stage) + T-FF(22 stage) fout = approx. 2[Hz] ワイヤボンディングで実装 「ばかばかしい用途にもLSIを使える世界 を めざして・・・ 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
  53. 53. まとめ ムーアの法則の功罪と「マイコン」とい う概念 技術の民主化とその可能性 コミュニティの多様化=イノベーションの誕 生 製造業の転換点: MAKERS フィジカル・コンピューティング マイコンの民主化とその実践 集積回路技術の民主化へ 2014/1/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/

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