アナログ回路の民主化とプロの役割
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電気学会「第18回アナログVLSIシンポジウム」でのパネル討論「アナログ回路の新しい流れ」でのポジショントークの資料です。 電子回路の理論と実践の接続、ムーアの法則の破壊的イノベーション的な側面と、それらと表裏一体のMakerムーブメントと、それを背景とするユーザーイノベーション、ツールキットの意義について。こちらの原稿資料とあわせて。http://ppl.ug/RxglPPYEnCg/
![2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
回路図から入った学生の場合
回路設計／システム設計をすると・・・
例：1[fA]をオペアンプで計測
例：10[GΩ]の抵抗を含む回路
例：gmが完全に一致するトランジスタ対
例：電源電圧100[V]の回路を設計
例：ボードと計測器をどうつなぐ？
例：2.54mmピッチのピンヘッダって？
（元半導体メーカ→大学教授の実話）
「フランス料理を食べたことない人が
フランス料理を作る」ようなものか？
7](https://image.slidesharecdn.com/14combu-avs140422-140422184700-phpapp01/85/-7-320.jpg)
![2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
LSI民主化の実践例：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・・・
40](https://image.slidesharecdn.com/14combu-avs140422-140422184700-phpapp01/85/-40-320.jpg)
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References(1)
ムーアの法則とそれがもたらしたもの
直野: "転換期の半導体・液晶産業", 日経BP出版 (1996)
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)
技術の民主化とその可能性
三木・宇都宮: "マイクロモノづくりはじめよう", テン・ブックス (2013)
田中: "FabLife",オライリージャパン (2012)
C.アンダーソン: "ロングテール",早川書房 (2009)
P.F.ドラッカー: "現代の経営[上]", ダイヤモンド社, pp.130-149 (2006)
C.アンダーソン: "MAKERS－21世紀の産業革命が始まる", NHK出版
(2012)
野尻: "南極点のピアピア動画", 早川書房 (2012)
"ハードウエア起業の時代", 日経エレクトロニクス2012年11月26日号
(2012)
小林: "フィジカルコンピューティング概論", 情報処理, Vol.52, No.8,
pp.914-917 (2011)](https://image.slidesharecdn.com/14combu-avs140422-140422184700-phpapp01/85/-42-320.jpg)
アナログ回路の民主化とプロの役割
- 1. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ アナログ回路の民主化と プロの役割 秋田純一（金沢大） 1
- 2. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ Contents 自己紹介 回路設計と実体の回路 ムーアの法則とそれがもたらしたもの 技術の民主化とその可能性 アナログ回路コミュニティの未来 2
- 3. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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Pb40%:Sn60% 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） 3
- 4. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 最近の研究テーマ 4
- 5. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 回路設計と実体の回路 5
- 6. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 回路図から？実体の回路から？ どちらから 入る？ 6
- 7. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 回路図から入った学生の場合 回路設計／システム設計をすると・・・ 例：1[fA]をオペアンプで計測 例：10[GΩ]の抵抗を含む回路 例：gmが完全に一致するトランジスタ対 例：電源電圧100[V]の回路を設計 例：ボードと計測器をどうつなぐ？ 例：2.54mmピッチのピンヘッダって？ （元半導体メーカ→大学教授の実話） 「フランス料理を食べたことない人が フランス料理を作る」ようなものか？ 7
- 8. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ Hands-On実践例：新4年生トレーニング 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 8
- 9. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ Hans-On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/ 9
- 10. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ムーアの法則と それがもたらしたもの 10
- 11. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ムーアの法則 加工寸法が3年で1/2になる（べき） 「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 http://www.intel.com/jp/intel/museum/processor/index.htm （日経BP Tech-On! 2009/03/30の記事） 11
- 12. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ムーアの法則の負の側面 「ムーアの法則の恩恵→社会へ波及」 ←→「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こなかったか？（外挿） ・・・手段であるべき微細化が目的化していないか？ ??? ??? 12
- 13. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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？ SDTV→HDTV ：「画質」などの機能 << 「アナログ停波」という公共事業 次は3D? 4K? 8K?・・・“why”は何？ 13
- 14. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ムーアの法則のもたらしたもの(1) 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） ＝少量多品種への依存 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 言い換えると「自立していない産業」へ？ 14
- 15. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ムーアの法則のもたらしたもの(2) 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 15
- 16. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 例：「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, ... 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） （Atmel ATtiny10データシートより） （日立／Renesas H8/3048F） 16
- 17. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 「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 Rｂ C NE555 ８４ ３ ５ ７ ２ ６ while(1){ a = 1; sleep(1); a = 0; sleep(1); } 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） 17
- 18. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 「Lチカ」をマイコンでやると？ 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・仕様変更も容易） 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 18
- 19. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 「マイコン」のパラダイムシフト 「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 （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)） マイコン SoC 19
- 20. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 技術の民主化とその可能性 20
- 21. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 最近の秋葉原（あきば） ※客層が変わってきている（こっちの） （昔）ロボコン高専生・電子工作マニア、付き添い女子 （今）↑＋テクノ手芸女子、親子連れ 21
- 22. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 秋葉原の客層変化の背景 製造業をとりまく近年の動向(MAKERS) →半導体ユーザの変化 FabLab フィジカル・コンピューティング ロングテール メイカー企業 メイカー 22
- 23. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MAKERSの背景：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 「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 23
- 24. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MAKERSの背景：ロングテール （昔）少数のヒット商品 →（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 少品種（＝製造者の都合） ＜＜ 多品種（＝ユーザの都合） （C.アンダーソン「ロングテール」,早川書房 (2009)） 24
- 25. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MAKERSムーブメント 「21世紀の産業革命」とも呼ばれる 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） C.アンダーソン 「MAKERS」 (NHK出版,2012) 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) （深圳の地平線まで続くパーツ屋） 25
- 26. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 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」 cf: 均一・大量生産製品 ：「黒色ならばどんな色の車でも」（H.フォード） ・・・平均満足度は高いが、満足度maxではない http://www.bsize.com/ 26
- 27. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MAKERSの背景：フィジカルコンピューティング PC外の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 ＋充実したユーザコミュニティ（プロ～初心者） ノウハウ・ライブラリ・派生品が生まれて進化 「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＝ユーザの多様性↑↑ ArduinoUno 27
- 28. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ロングテールと集積回路・マイコン 「少量多品種」を支える集積回路は？ 高イニシャルコスト：× 汎用部品(FPGA、スマートアナログなど) 高い汎用性・低イニシャルコスト 一般に低性能 しかしムーアの法則の恩恵で、かなり高性能 用途によっては十分 性能 年度 （微細化 の進展） 専用LSI 汎用LSI 必要な性能 Cypress社PSoCシリーズ Renesas社SmartAnalogシリーズ 28
- 29. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 技術の民主化と産業の多様性 29
- 30. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ プロの仕事：公共事業型 例：センシングシステム 高価・高性能な観測機 広い観測網、高い信頼性 得られるデータの高い公共性 維持のための継続的な（主に公的）資金提供 「先立つもの」が必要 ロングテールに向かない 例：おばあちゃんセンシング （畑や裏山は気になるが、「発注」できるはずがなく、 自分で観測） （AMEDAS観測所） 30
- 31. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ アマの仕事：趣味型 例：センシングシステム 観測機を自作 狭い観測網、低い信頼性 得られるデータはオレ向け その人にとっては「死活問題」の場合もある ロングテール向き 高いモチベーション 「具現化の道具」がそろってきた （道具の民主化） 「でっかいさとるさん：山梨県でお米と野菜を作るでっかい人」blogより http://www.jumbo-satoru.net/wordpress/ 31
- 32. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ アマからプロへ：Radiation Watch 非専門家がスマホ接続型 放射線観測機を製品化、 事業化、進化改良中 回路設計者・メーカも参画 （仙台近辺の方々） 福島第1原発事故という特殊な 状況下とはいえ、極めて迅速な 製品化（フィジカルコンピュー ティングやMAKERSの活用） ビッグデータ的な展開も可能 http://www.radiation-watch.org/ 32
- 33. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 技術の民主化の効果 マイコン・ソフトウエアの民主化により、 ユーザの「幅」が劇的に広がった 「電子工作マニア・プログラムマニア」 →「目的のために電子工作・プログラムを使う人」 ユーザの多様化 ＝成果の幅↑ 駄作も多いが、 秀作も現れる （イノベーションへ） (L.Fleming, "Perfecting Cross‐Pollination", Harvard Business Review, Vol.82, No.9, pp.22-24 (2004)) 多様性：大 成果 33
- 34. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 期待されるプロの役割 民主化された根幹回路技術（プロしかできない） 特に、電力（エナジーハーベスト）と 通信（ラスト１メータ・IoT (Internet of Things)） 電子回路の設計技術の提供 汎用のマイコン・回路と設計ツール（スマートアナログ、PSoC、 FPGA等） 、および「ユーザコミュニティ」 （悪い例：がじぇっとるねさす・・・技術先行、ユーザ不在） ユーザへのサポート ロングテールの裾ほど事業規模は小さい ＝兼業やアマチュア形態が多い アマチュア作品・趣味を「製品・事業」へ昇華させる 「受託開発」だけでなくコンサルティングなども 34
- 35. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 自社製品の普及：「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 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 YAMAHAボーカロイドLSI NSX-1シールド （SwitchScience Webサイトより） 35
- 36. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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） 36
- 37. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ライフスタイルの多様化？ 37 器具メーカー コミュニティ （カフェ・大会） 素材メーカー （ランニング） 産業・ビジネス
- 38. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ アナログ回路コミュニティの未来 38
- 39. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ アナログ回路界の前途 必要不可欠なものであることは間違いない コミュニティーの硬直化は× 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 cf: 某回路方面の研究会＝オジサンばかり、懇親会目的 LSI業界もあと5年（バブル世代の引退）の辛抱か？ コミュニティーの多様化＝活性化→「生態系」へ アナログ回路が目的の人 アナログ回路が手段の人 みなが相互啓発・相利共生の関係へ＝「生態系」(Ecological System) 道具の民主化（CAD・ノウハウ・試作ラン） 実体をともなった「生きた」アナログ回路へ Hands-Onの実践＋出口の可視化を 39
- 40. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ LSI民主化の実践例：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・・・ 40
- 41. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ そんなことして大丈夫？ そんな初心者がLSI作っても、 動くわけないよ。。。 TATも長いし費用もばかにならないんだから、 慎重に設計しないと。。。 。。。じゃあどうやって始めろと？ 41
- 42. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ References(1) ムーアの法則とそれがもたらしたもの 直野: "転換期の半導体・液晶産業", 日経BP出版 (1996) 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) 技術の民主化とその可能性 三木・宇都宮: "マイクロモノづくりはじめよう", テン・ブックス (2013) 田中: "FabLife",オライリージャパン (2012) C.アンダーソン: "ロングテール",早川書房 (2009) P.F.ドラッカー: "現代の経営[上]", ダイヤモンド社, pp.130-149 (2006) C.アンダーソン: "MAKERS－21世紀の産業革命が始まる", NHK出版 (2012) 野尻: "南極点のピアピア動画", 早川書房 (2012) "ハードウエア起業の時代", 日経エレクトロニクス2012年11月26日号 (2012) 小林: "フィジカルコンピューティング概論", 情報処理, Vol.52, No.8, pp.914-917 (2011)
- 43. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ References(2) 技術の民主化とその可能性（続き） Arduino：http://arduino.cc/ 小林他: "フィジカルコンピューティングを「仕事」にする", ワークスコー ポレーション (2011) L.Fleming, "Perfecting Cross‐Pollination", Harvard Business Review, Vol.82, No.9, pp.22-24 (2004) 小川: "ユーザーイノベーション", 東洋経済新報社 (2013) 江渡: 「進化するアカデミア--ユーザー参加型研究」が連れてくる未 来」, イースト・プレス (2013) 米田: 「僕らの時代のライフデザイン」, ダイヤモンド社 (2013) アナログ回路コミュニティの未来 ミニマルファブ（小ロットLSI製造）：http://www.minimalfab.com/ Magic（フリーのLSI CAD)：http://opencircuitdesign.com/magic/