「Lチカから考えるIoT時代のものづくり」

1. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ Lチカから考える IoT時代のものづくり秋田純一（金沢大） @akita11

2. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 自己紹介  1970名古屋生まれ  東京で大学→大学院  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（翼セミナーOBの縁）  本業：集積回路、特に（機能つき）イメージセンサ  ＋集積回路を使うデバイス・システム  ユーザインタフェース・インタラクティブシステム（人間相手の機械）集積回路（イメージセンサ）のレイアウト図（プロッタ出力して目視チェック）基板設計研究室（実験室

3. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 自己紹介（副業） Maker、ハンダテラピスト 好きな半田はPb:Sn=40:60

4. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ コンピュータの歴史と半導体 (1946) 真空管: 18,000本消費電力: 140kW サイズ: 30m×3m×1m 演算性能: 5,000加算/s （ENIAC：世界最初のコンピュータ） (2007) 最小加工寸法: 0.065μm(65nm) 素子数: ～50,000,000 消費電力: 100W～数mW サイズ: 10mm×10mm程度演算性能: 10,000,000,000演算/s (1960)集積回路（ＩＣ）の発明

5. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ コンピュータの歴史の２つの側面 DEC VAX(1976) 1MIPS Cray-1 (1978) 100MIPS MIPS：Million Instruction Per Second （１秒間に実行できる命令数）（世界最初のスーパーコンピュータ）「世界トップの高速化」＋「身近なものにも高速化の恩恵」の２つの側面がある 20000MIPS 10MIPS 100MIPS 20MIPS 20000MIPS 109MFLOPS

6. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ コンピュータの「使い方」の変化国に１台／会社に１台個人で１台（PC）一人で何台も仕事・勉強の道具国・会社のプロジェクトコミュニケーション・遊びの道具＞１億円１０〜１００万円数万円身の回りに無数存在に気づかない〜１００円大昔のコンピュータ一昔前のコンピュータ今どきのコンピュータコンピュータの利用場面（アプリケーション）が広がった

7. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 集積回路（ＩＣ）の発明 US Patent No. 2 981 877 (R. Noyce) (1961) US Patent No. 2 138 743 (J. Kilby) (1959) 電子回路を半導体（ケイ素＝シリコン）に作り込んだもの

8. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ＩＣの進化の歴史：Mooreの法則 ref: http://www.intel.com/jp/intel/museum/processor/index.htm 傾き：×約1.5/年年を追って、複雑・高機能な集積回路がつくられるようになった ※G.Moore （インテルの創業者の一人） G.Mooreが1965年に論文[1]で述べる→C.Meadが「法則」と命名→「予測」→「指針（目標）」へ G.E.Moore, "Cramming more components onto integrated circuits," IEEE Solid-State Circuit Newsletter, Vol.11, No.5, pp.33-35, 1965.

9. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ Mooreの法則のカラクリ：スケーリング 集積回路の部品（MOSトランジスタ）を、同じ形状で、より小さく作ると・・・？ 寸法: 1/α 不純物濃度: α 電源電圧: 1/α 効果：いいことばかり 速度↑ 消費電力↓ 集積度（機能）↑ 技術が進むべき方向性が極めて明確なまれなケース p-Si S DG n-Sin-Si p-Si S DG n-Sin-Si L R.H.Dennard et al., "Design of ion-implanted MOSFET's with very small physical dimensions," IEEE J.of SSC, Vol.9, No.5, pp.256-268, 1974.

10. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MOSトランジスタの微細化の歴史 微細化するほどメリットがある＝がんばって微細化 そろそろ「原子」が見えてきている 「お金がからむと技術は進む」 ref: 日経BP Tech-On! 2009/03/30の記事 L=20nm（いま） L=5nm（2020年ごろ予定）

11. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 「マイコン」という概念 マイコン＝Micro-controller / Micro-computer 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「安くて小さいコンピュータ」ではない パラダイム（常識・概念）の転換（の可能性）（Atmel ATtiny10データシートより）（日立／Renesas H8/3048F） Mooreの法則の二つ目の意義

12. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 「Ｌチカ」から考える半導体 ＝「LEDチカチカ」(LED Blink) 「LEDを点滅させる」こと プログラミングにおける”Hello World”的なもの（まず始めに試すやつ）

13. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ※ウソです広辞林（第６版）より

14. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 日本工業標準調査会（JISC） JIS規格一覧 ※ウソです

15. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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「Lチカ」のパラダイムシフト 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） while(1){ a = 1; sleep(1); a = 0; sleep(1); } ※さすがにPCではちょっと・・・ Mooreの法則の結果、コンピュータが「部品」になった例昔のLチカ今どきのLチカ ※マイコン=Micro Controller（小さなコンピュータ）

16. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ コンピュータが「頭脳」から「部品」に出典：ARM 機器の頭脳関節ごとに小さい脳（神経節）コンピュータが、システムの「主役」から「構成要素（部品）」になった ※基本的には「コンピュータ」だが、小型で安価

17. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ IT/ICT業界とハード業界が近づいた  大企業でなくてもハードを製造販売できるようになった  製造技術が身近になった（電子回路、3Dプリンタ、・・・）  部品メーカ、設計者、ユーザの「生態系(Ecosystem)」  ソフト＋ハード＋サービスで「世の中変える」  多様なニーズ、無視できないロングテール（ニッチ）  従来型製造業の補完（置換ではない）  クラウド･ファンディング＝市場調査＋資金調達（売ってみないとヒットするかはわからない） Maker Faire Tokyo 2015 （多数の「作ってみた」）（C.アンダーソン「ロングテール」,早川書房 (2009)）全体の４０％

18. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MakerFaire的なイベント：NT金沢 約100組（7月・金沢駅前地下広場）：実はたくさんいる TeslaModelS(高速道路自動運転）試乗会ホバーボート試乗自作ウエアラブル椅子（製品化中）ハンズオン

19. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ IT/ICT業界の現状：深圳の華強北 19 山寨(ShanZhai)の例(“iPhone nano”) ※FakeCopyではなく、プロダクトの進化系。これが2週間で量産される無限に続くパーツ屋 “Used Mobile Phone Shop”の実体パーツに分解 (BGAも) 路上で解体店頭でリペア新製品の試作に流用 ShenZhen HuaQiangBei 基板製造＋部品（サプライチェーン）＋起業（ハードウエアスタートアップ）＋資本（VC／アクセラレータ）深圳の生態系謎の起業・新製品が続々（ときどきアタる）世界中から頭脳と資金が集まり、イノベーションを生み出している「ハードウエアのシリコンバレー」とも

20. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ハードとソフトが混ざってきたのは？ ハード技術が「道具」になったから 開発／発明される お店で買えるようになる 使い方が知られるようになる みんなが使うようになる それが「道具」となって、次のステップへプロのみマニア（ハイレベルアマチュア）向けだれでもプロ（詳しい人）しか使えないアマ（詳しくない人）でも使える

21. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 技術が生まれて「道具」になるまで エリンギの例 1993年に日本へ 2003年ごろから一般化 ↑10年かかって「道具」に 料理番組、調理例・・・農林水産省「平成２０年度農林水産物貿易円滑化推進事業台湾・香港・シンガポール・タイにおける品目別市場実態調査（生鮮きのこ）報告書」(林野庁経営課特用林産対策室 )より

22. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 「道具の普及」がもたらすもの （昔）「○○」はプロの特権だった 音楽、映画、電子回路、製造 私たち＝Consumer （今）「○○」は誰でもできる 「道具」の普及（ＤＴＭ、初音ミク、などなど） 「発表機会」の普及（CrowdFunding、YouTubeなど） 私たち＝Creator/Makerになることができる（ならなくてもいい）宮下芳明「コンテンツは民主化をめざす ―表現のためのメディア技術」 (明治大学出版会, 2015)

23. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 技術の「民主化」という見方 （従来）技術＝プロの特権 （いま）技術＝誰でも使える（民主化） ユーザの裾野が広がる（多様化） その中から「アタリ（イノベーション）」が生まれる 相対的に「プロ」の重要性↑↑（「遊び」だけでない） (L.Fleming, Harvard Business Review, 8(9), pp.22-24 (2004)) メンバの「均一性」生まれる成果

24. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ IoT時代に「技術」とどう付き合うか やろうと思えば、「自分でできることが」圧倒的に増えた 技術の「道具化」、ハードウエアスタートアップ、エコシステム 「誰かがやってくれる」のを待つのは、もったいない ※「ちゃんとやる」には専門家が必要なのも事実 「おばあちゃんセンシング」 畑の状況確認など、「センシング欲」は無限大 ×おばあちゃんが「技術を買う」 ◎おばあちゃん自身が「技術」を使う

25. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 半導体を「道具」として持つこと

26. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 集積回路（IC）は「道具」か？：調査 https://www.youtube.com/watch?v=A188CYfuKQ0 http://www.nicovideo.jp/watch/sm23660093 CMOS 0.18um 5Al 2.5mm x 2.5mm RingOSC x 1001 T-FF (Div) （※LSI＝集積回路のこと）

27. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ Lチカ動画：ニコ動でのコメント  こっから？  ニコ技界のTOKIO  ゲートの無駄遣い  ここから！！？  ひでえ、勿体ない使い方wwwww  マジかよ。レジストレベルの設計とかガチすぎる。  無駄遣い過ぎるだろw  贅沢というかなんというか  え？まじでここからかよ」wwww」」  IC版FusionPCB的なところが現れれば・・・  (FPGAでは)いかんのか？  俺はFPGAで我慢することにする  いや、そこまでは必要ないです  量産品すらFPGA使う時代に専用LSI・・・  アマチュアはFPGAで良いんだよなぁ・・・w 「集積回路＝すごいことをやるためのもの」という意識

28. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ムーアの法則がもたらしたもの(2) LSI設計・製造コストの高騰 シャトル製造サービス〜$1k 製造初期コスト（マスク）〜$1M 設計ツール〜$1M 秘密保持契約（NDA; Non Disclosure Agreement） : Priceless 製造工場〜$1G cf:プリント基板製造（$10～）、Arduino（$10～） cf: 設計CAD＆コンパイラ（IDE）（Free～）「専用LSIつくってLチカ」ってもったいない＆無駄遣いすぎる

29. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 「道具」としての集積回路 「ハード」＝電子回路、プリント基板あたり 「集積回路（半導体チップ）」までは、なかなか どうしても「今あるもの・使えるもの」を使う カメラ、Kinect、マイコン、FPGA・・・ 新技術で、一気にパラダイムが変わることがある 「集積回路をつくれる」という道具＝「いまできること」という発想の縛りから開放 Depth画像 ※昔は「可能だが高価」 →Kinect後は「誰でも使える」 →ユーザインタフェース界の革命

30. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ オレLSI：AI向けも AI/深層学習向けのプロセッサ 従来型の「ノイマン型コンピュータ」では苦手 いわゆるASIC（特定用途向けIC）だが、少量多品種向け GoogleのTPU (Tensorflow Processing Unit)の例 ref: https://news.mynavi.jp/article/20170411-tpu/2

31. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ オレLSI：IoT向けも IoTは、本質的に「少量多品種」 使う場面ごとに、必要な機能・性能が異なる 情報処理のやり方も多様（端末側？サーバ？） 環境発電（太陽電池、振動発電など）など、超低消費電力が必要な場面も多いセンサプロセッサ通信記録電源

32. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 集積回路を「つくる」ためのハードル 設計CAD 市販の業務用CAD: 高すぎ、高機能すぎ 製造方法 高すぎ、時間かかりすぎ（1000万円・半年） NDA（設計ルールなどのアクセス制限）が厳しすぎ ユーザ・コミュニティ 参入障壁：現状は専門家ばかり “How”の専門家は多いが、”Why/What”は皆無 いずれも、なんとかなりそう？

33. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ オレLSIをつくってみたい：実践 情報収集・整理 探せば、ないことはない フリーウエアの設計ツール 安価な製造方法 NDAフリーの設計ルール 仲間さがし http://j.mp/make_lsi

34. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MakeLSI: －データの蓄積・再利用 GitHub上でデータを共有＝再利用OK NDA-Free設計ルール= NDA-Free IP 迅速なIP開発  共通設計環境・プロセス  多くの参加者による開発  品質が低い場合もある（バグ、エラー）  品質も参加者により改善される？ Cf. OSS (Open Source Software; Linux, etc.)  品質はコミュニティメンバにより迅速に改善  コミュニティメンバの開発・改良への熱意  オープンな枠組み（ソースコード、ライセンス）が必要

35. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ チップをお手軽に製造できる近未来 ミニマルファブ（産総研）の目標：マスクレス露光 1[um]/3Alプロセス・0.5inウエハ、1週間、数万円 Cortex-M0コアが4ショットは入る カスタムなペリフェラル・アナログ・センサ・MEMSの混載も（これが数万円&1週間@1個から） ※0.18[um]/3Alでの配置配線結果のレイアウトデータ(GDS)を1/0.18=28倍に拡大して作成

36. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ チップを「つくる」 （イメージ：近い将来） 設計する（GDS形式） データをupload チップが届く cf: プリント基板 設計する（gerber形式） Webからデータをupload 基板が届く

37. 2018/9/1 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ LSIが道具になるとは・・・ 『３Ｄプリンタは、私たちに「何をつくりたいのか」を問いかけているのです。』 あなたなら、何を作りますか？ いまのうちから、考えておいても損はないはず。

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