1. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
カスタムLSIが
「道具」になるために
秋田純一（金沢大学）

2. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
Contents
自己紹介
最近流行の「電子工作」とムーアの法則
技術が普及することの意義
〜センシングを題材として
汎用品と専用品とムーアの法則
部品としてのカスタムLSI

3. 2016/3/31 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）

4. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
最近の研究テーマ

5. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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

6. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
作品紹介？（半分研究テーマ）
LED Tile
LED Tileオルゴール
ReelOpener
PSoC1duino

7. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
最近流行の「電子工作」と
ムーアの法則

8. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
イマドキの「電子工作」？
パラレルワールド
旧来型？
基板エッチング
半田付け
Tr・真空管
アンプ、ハム
最近型？
ブレッドボード
ジャンパ線
Arduino
ぴかぴか光る

9. 2016/3/31 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（おっさん）
（今）↑＋テクノ手芸女子、親子連れ、美大生
9
西餅「ハルロック」
（週刊モーニングで連載中）

10. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
Make: 理工離れ？どこの世界の話？
“Maker”の活動の広がり
実はみんな「作るのが大好き」
FabLab（レーザーカッター、３Ｄプリンタ等の
加工機をコアにしたコミュニティ）
いままでは「技術が手元になかった」だけ
道具・技術が「民主化」されて、使えるようになった
「半導体ユーザが多様化した」と見ることもできる
MakerFaireTokyo2013
の様子

11. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
“Maker”から産業へ
ロングテール：嗜好の多様化＋それに応える産業
「本当に欲しいもの」が手に入る
実際に製造業でも
小規模製造業、高い技術力
熱心なユーザ・ファン、ユニークな製品
市場調査＋資金調達=CrowdFunding
サプライチェーン・製造技術の活用
製造業におけるロングテールの具現化
「ハードウエア・スタートアップ」が続々
（C.アンダーソン「ロングテール」,早川書房 (2009)）
全体の４０％
「一人家電メーカ」BsizeのStroke(39,900円)

12. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ＬＳＩの進化の歴史：ムーアの法則
ref: http://www.intel.com/jp/intel/museum/processor/index.htm
傾き：×約1.5/年
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
[1] G.E.Moore, "Cramming more components onto integrated circuits," IEEE Solid-State Circuit Newsletter, Vol.11, No.5, pp.33-35, 1965.

13. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ムーアの法則のカラクリ：スケーリング
MOSトランジスタを、より小さく作ると・・・？
R.H.Dennardが考察[2]
寸法: 1/α
不純物濃度: α
電源電圧: 1/α
結論：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
[2] 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.

14. 2016/3/31 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
ref: 日経BP Tech-On! 2009/03/30の記事
L=20nm（いま）
L=5nm（2020年ごろ？）

15. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ムーアの法則とコンピュータの歴史
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

16. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ムーアの法則の意義：コストダウンと普及
（昔）コンピュータが高価で性能が低かった
紙テープ、テキスト／CUI (Character UI)
ＴＳＳ（大学に1台、企業に1台）
（少し昔）個人レベルへ
凝った信号処理もＯＫ／GUI (Graphical UI)
個人に1台（ＰＣ）
（いま）「枯れた技術」へ
画像、動画、３Ｄの処理はあたりまえ
Natural UI （ジェスチャなど）／Physical Computing
一人で何台も（ユビキタス/IoT）
コンピュータが「お手軽」に
→利用場面の拡大

17. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ムーアの法則の「コストダウン」
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

18. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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, ...
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）

19. 2016/3/31 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）

20. 2016/3/31 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）
あらゆる面で、マイコンLチカは現実的な解
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

21. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「原子」化するマイコン
NXP LPC1102
(Coretex-M0/50MHz)
Atmel ATtiny10(8MHz)
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」）

22. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
破壊的イノベーションとしてのマイコン
「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)）

23. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「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（トラ技）、電子工作キット（秋月）、・・・

24. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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

25. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
技術が「道具」になるステップ
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

26. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
Arduino←→他の無数のマイコンボード
技術的なポイント（私見）
ソケットがメス（ジャンパ線をさせる）
PCからリセットをかけられる（DTRリセット）
USB接続で完結する
給電・プログラム・ターミナル
IDEとターミナルが統合・連携
いちいちターミナルを閉じなくてよい
ダウンロード→Lチカまでが劇的・異次元に早い
「そんなこと・・・」と思ってしまいがち
しかしまさに「目からウロコ」（やってみるとわかる）
「お手軽」という意義の大きさ（やってみないとわからない）
「（原理的に）可能」と「（現実的に）可能」の大きな違い

27. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
Arduino＋ブレッドボードの意義
ふつう：「考える→試す」のサイクル
場合によっては「基板設計から」＝始まるまで2週間
壊さないように、仕様を満たすように（技術者の常）
Arduino＋ブレッドボード：
「考えながら試す」が融合している（サイクルが短い）
良くも悪くも「向こう見ずな試行錯誤」が可能（15分で動く）
「データシートをちゃんと読まずに動かしてみる」が可能
でもけっこう壊れない（ムーアの法則で意外と丈夫）
5V出力ピンにLED直結とか
壊れたらまた買えばいい（ムーアの法則で意外と安い）
秋月で売っている。DigiKeyで売っている。入手が劇的に容易

28. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
OSHWの意義
Arduino-Derivative
Arduinoで動くものをつくる（大きいけど）
動いたら、必要なものだけを抜き出して再設計
（小型化・低コスト化）
ソフトウエアはそのまま移行
コアは、ATmega+ブートローダ
mbed (ARMシリーズ）も似ている
mbedで動くものをつくる
動いたら、必要要素だけを再設計、そのまま移行
ArduinoよりCPUラインアップが広い

29. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
共通言語としてのArduino/mbed
ハードウエア設計者←→ユーザ（デザイナ）
のやりとりの言語
仕様・API
「実装＝設計者」だと、修正のたびに仕様のやりとり
両者の共通言語としてのArduino/mbed
「あとはやっといて」ができる
（Arduinoプログラムならユーザが使える）
パラメータ調整も、ユーザが自分でできる（自立）
実際、とても（お互いにとって）楽

30. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
しょせん「アマチュアのおもちゃ」？

31. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「道具の普及」がもたらしたもの：映像・音楽
（昔）「表現」はプロの特権だった
音楽、映画、・・・
私たち＝Consumer
（今）「表現」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
（ニコ動、などなど）
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)

32. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「道具の普及」がもたらしたもの：イノベーション
発明・イノベーションは、
ユーザーが行う場合も多い
道具が民主化されている
（＝やろうと思えばできる）
ユーザーは「アツい心」をもつ
（＝採算・労力を度外視で
がんばれる）
小川進「ユーザーイノベーション:
消費者から始まるものづくりの未来」
(東洋経済新報社, 2013)

33. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「道具の普及」がもたらしたもの：プログラミング
プログラミング言語・環境の民主化
（昔）PCもコンパイラも高価
＝「遊びに使う」なんて論外
（今）PCも安価、コンパイラはタダ
＝「遊びに使う」からはじめられる
ユーザ・コミュニティによる「知の蓄積」も後押し

34. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「道具の普及」の結果：深圳の華強北
34
山寨(ShanZhai)の例
※FakeCopyではなく、プロダクトの
進化系。これが1週間で量産される
無限に続くパーツ屋
築地のような活気
“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
(BGAも手はんだ：ボール再生機あり)
ShenZhen HuaQiangBei

35. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
技術の「普及」がもたらすもの
（従来）技術＝プロの特権
（いま）技術＝誰でも使える（普及・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

36. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「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？

37. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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
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
超えられない壁？

38. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
学問体系が断絶した世界で発生する問題
例：ガン細胞
分子レベルからの発生メカニズムは
完全には未解明
対処療法：外科手術、化学療法など

39. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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）
「ソフト屋」の言い分：「CPUがもっと速くなってくれ」
「ハード屋」の言い分：ソフトウエアをもっと効率化してくれ

40. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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

41. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ボトムアップ式電子工作
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
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

42. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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

43. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
技術が普及することの意義
〜センシングを題材として

44. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「センシング」のニーズ
「身の回りの現象を自分で観測したい」のは、
人間の根源的な欲求（のようだ）
農業、自然災害などは死活問題で高いニーズ
ホビーユースでも幅広いニーズ
（例：インターバルカメラで撮った画像、昆虫観察）
どうやって「観測」するか？
公共事業（行政サービス）：天気予報など
自分で観測する（ロングテール）：趣味

45. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
公共事業型センシングシステム
特に大規模なセンシングシステム向き
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
欠点：大胆な新技術の投入が困難
即効的な成果を求められる傾向が強い
長期的には技術開発の停滞

46. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
助成金依存vs自立資金
例：歌舞伎
松竹（株）の営業興行
（株）歌舞伎座が運営
伝統を守りつつ
進化を続けている
例：多くの伝統芸能・伝統工芸
補助金依存→
「古いものを守る」ことが目的化
後継者不足、高齢化、・・・
本来の伝統工芸は、その時代での最先端技術
のはず

47. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
公共事業依存の産業の未来は？
例：テレビ・公共インフラ
「2020年東京オリンピック
に期待」できるのか
1964年とは社会状況が全く異なる（成熟社会）
例：スマートメータ・スマートグリッド
メリットの一般論：
節電効果、地球温暖化
・・・定量的な議論は？
3.11を経験しても
普及しない社会構造は？
ただし「21世紀の公共インフラ」かもしれない

48. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ユーザの手によるセンシング
例：気象観測
「自分で計測した気象データから、地球温暖化を
考える」試み
例：放射能計測
生活に直結し、目に見えない事象
きわめて強固な観測のモチベーション
その一方、非科学的（感情的）な議論が横行
「事故の当事者（東電・政府）の観測データ」
に対する不信感が大きな背景の一つ

49. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
観測データの真の活用のために
「科学的な方法で観測したデータを、定量的・
科学的に解釈する」ことは、現代社会を生き
る我々の必須スキル
「理科離れ」とは次元が違う
観測対象が身近なほど、観測方法・技術が
細分化
汎用の観測方法・装置は非現実的
技術の高度化＆知財保護→ブラックボックス化
→さらにユーザ自身が観測技術を持てない

50. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ユーザ参加型センシングシステム
ユーザの「多種多様で高いモチベーションのセ
ンシング」を持続的に具現化するためには？
「センシング装置を受託開発」
持続的でない（ユーザの経済的余裕）
裾野が狭い（極めて高い志 or よほどの物好き）
「センシング技術の普及（民主化）」はどうか？
（おばあちゃんセンシング）

51. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
実例：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/

52. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ユーザ参加型センシングの可能性
センシング技術の普及（「民主化」）
（ツールキット化・ユーザコミュニティ）
あらゆる人がセンシング技術を手に入れる
「必要なものは自分で作る」という価値観(DIY)
←→プロに発注(Hire a Pro; HAP)
高いモチベーションでセンシング
場合によっては事業化する
近年注目されている動き
例：ニコニコ学会β（ユーザ参加型研究・学会）
結果として、プロの役割が重要になる

53. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
汎用品と専用品とムーアの法則

54. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
産業としての製造業の形態の分類
製造業の形態の分類
（P.F.ドラッカー「現代の経営[上]」(ダイヤモンド社,2006)）
個別生産: 船舶のような一点物の生産
旧型の大量生産: 均一な製品の大量生産
「黒である限り何色の自動車でも手に入る」(H.フォード)
新型の大量生産: 均一な部品の組み合わせによる
多様な製品の大量生産
プロセス生産: 製品が製造工程に強く依存する生産
(石油精製など)

55. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
製造業における半導体
「旧型の大量生産」
同じ製品を大量につくる
汎用Tr・汎用ロジック・汎用アナログ・メモリ・・・
「新型の大量生産」
「均一な部品＝汎用半導体」の
組み合わせ
半導体の位置づけ
それ自体が「旧型の大量生産」の対象
「新型の大量生産」による
「電子情報機器」生産のための部品・素材

56. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「新型の大量生産」における部品
部品の規格化による高い効率化
黎明期の半導体における「セカンドソース」
「真の汎用品」
741、555、74シリーズ、・・・
主に供給安定化が目的
電子情報機器の設計・製造に
与えたメリットは、はかりしれない (Wikipediaより)

57. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「真の汎用半導体」の転換
半導体性能↑と電子情報機器の性能↑
部品である半導体製品への性能要求↑
「真の汎用品」の意義の薄れ
汎用品＝性能もそれなり
特定用途では性能が不足
半導体製品が用途ごとに多様化
＝半導体産業の本質の転換
大量少品種→少量多品種（→SoC）

58. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ムーアの法則：汎用品の底上げ
高性能な「汎用品」：道具になった
（マイコン、FPGA、オペアンプ、・・・）
「旧型の大量生産」
＝まさに汎用ＬＳＩ
「新型の大量生産」
＝均一な部品のくみあわせで
多様な製品を生み出す
再構成可能LSI（部品の多様化）
FPGA, PSoC, SmartAnalog, …
多少「無駄」があっても問題ない
（ムーアの法則の「恩恵」＝コスト面＆性能底上げ）
ArduinoUno：部品点数：52
• 受動・機構部品：35(67%)「メーカー問わず」
• 代替可能な半導体：15(29%)
• 代替品がないASSP：2（マイコン×2）(4%)
※P.ドラッカーの分類

59. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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）
＝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
設計製造技術の過度の専門化
＝参入の敷居↑↑↑（素人お断り）
学生はCADを覚えるので精一杯・・・
59

60. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
半導体の汎用品化アプローチ（１）
再構成可能論理
FPGA
PA3 (Renesas): SRAMベース
SmartAnalog (Renesas)
PSoC (Cypress)
（回路的に）均一な部品・多様な製品
専用品よりは性能が劣るが、
基本性能が高いので、
多くの用途では十分
ムーアの法則の恩恵
富豪的アプローチ（Trの無駄遣い）
Y.Kawamura, Proc. of IEEE A-SSCC,
pp.388-391 (2007)
Cypress PSoCシリーズの概念図

61. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
半導体の汎用品化アプローチ（２）
汎用LSIチップを
用途にあわせてパッケージ化
MCM (Multi Chip Module)
SiP (System In Package)
SoCよりは性能が低い
ムーアの法則の恩恵
＝用途によっては十分
富豪的アプローチ
http://developer.axis.com/old/products/mcm/
http://www.renesas.com/products/package/what/index.jsp

62. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
半導体製品のレッドオーシャン化？
 半導体のASSP化＝コモディティ化＝レッドオーシャン化
 インフラとしては成り立つはず
 （例）鉛筆産業：世の中での必要性からの需給バランス＆淘汰の結果、健
全な産業として存在
 半導体産業も「産業のコメ」として不可欠なのは事実
 「最先端の微細加工」が手段でなく目的化していないか？
例：Flashメモリの価格・性能は微細化でメリットがあるのか？
ユーザ（機器メーカ）からは「加工寸法」はみえない（製品も多い）
「無理して22nm移行」vs「25nmで歩留り↑」
価格、容量、速度、安定供給・・・
※何nmプロセス？

63. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ムーアの法則の副作用
「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こなかったか？
・・・手段であるべき微細化が目的化していないか？

64. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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？ （直野「転換期の半導体・液晶産業」(日経BP,1996)）

65. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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、・・・）
学生のテレビ所有率：１０％程度
PC（動画）と競合すべき？（時間の使い方として）
http://www.garbagenews.net/archives/1935926.html http://www.nissay.co.jp/enjoy/keizai/32.html

66. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
部品としてのカスタムLSI

67. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
L=20nm（いま）
L=5nm（2020年ごろ？）
ムーアの法則：高機能化の負の側面
微細化が物理限界に
近づきつつある
設計・製造コストの高騰
LSI製造イニシャル費用
～10億円（マスク代）
LSI製造工場
～5000億円
LSI設計コスト
～1000人・月以上
LSI設計CAD
～1億円 ref: 日経BP Tech-On! 2009/03/30の記事

68. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
集積回路は「道具」になっているか？
「専用品」（カスタムLSI）は？：現状、無理
例：学部１年生にLSIを作らせる？
「高いんだぞ・・・」「失敗したらシャレにならんぞ」
「ツールの使い方が難しいぞ」
「基礎知識（回路理論など）をいっぱい勉強しろ」
「ちゃんと動かすのは難しいぞ」
作れない→経験できない→学べない
「数が出ない製品」のためにカスタムＬＳＩ？
価格的に無理
性能的に、そこまでしなくてもＯＫな場合が多い
68

69. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
失敗から学ぶ：「手軽に試せる」環境
69
http://www.viscuit.com/column01/column02/
原田康徳氏（NTT CS研）

70. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
集積回路が「道具」になるハードル
設計CAD
市販の業務用CAD: 高すぎ、高機能すぎ
VDEC？アカデミア限定
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（Howの）専門家ばかり
／ユーザ（What/Why）の専門家がいない

71. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
集積回路の道具化へ：MakeLSI:
情報収集・整理
フリーCADなど
VDEC非依存の環境で
仲間さがし（MLベース）
NDA不要のチップ製造
http://ifdl.jp/make_lsi

72. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
MakeLSI: 参加登録
Webから申し込み
参加条件：なし
メーリングリスト(GoogleGroup)ベース
CAD(Wgex)+北九州設計ルール
登録メンバ：90名(2016/2/17現在)
プロ（回路・LSI技術者・研究者）
学生（LSI・その他）
社会人（非LSI技術者）
動機：さまざま（興味があった、面白そう、など）

73. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
MakeLSI: ツール
レイアウト設計ツール: Wgex
浅田先生@東大VDECが（最近は個人的に）開発
回路抽出・DRC機能あり
回路シミュレーションツール：LTspice
HDL→論理合成・配置配線:
Allianceでフロー構築中
（清水先生＠東海大）

74. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
MakeLSI: チップ設計・製造
北九州学研都市共同研究センター
クリーンルーム
「山田シャトル」
2umルール（ほぼλルール）：NDA不要
製造実習の一環（受託製造ではない）
フェニテックセミコンダクタ
「山田シャトル」
0.6umルール（北九州ルールを修正し×0.3）
※フェニテックルールは満たす（NDA不要）
パッド、ESD、IOセル、トランジスタモデルは
NDA対象なので使わない

75. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
MakeLSI: IP
作りながら、GitHubへ蓄積
スタンダードセル
アナログIP（オペアンプ、BGR等）
OSHW (OpenSourceHardware)
ユーザ参加型の蓄積
設計ルールがNDA不要
＝IPもNDA不要

76. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
MakeLSI: 第1回試作：結果
 3.5mm角・2チップ、20155/8/3～14に製造
 ベアチップ＋QFPパッケージ品を配布
 各自の多様で強い興味

77. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
少量多品種向けLSI製造装置
ミニマルファブ（産総研を中心に開発中）
少量多品種向きの半導体製品生産の方法
会社/大学で持てる（維持できる）
製造受託サービスも（100万円弱？）
http://unit.aist.go.jp/neri/mini-sys/fabsystem/minimalfab.html http://www.p-ban.com

78. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「道具」としてのLSIを持つこと
ふつうの情報工学の研究・・・「あるもの」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
「ＩＣをつくる」という道具を持つと？
＝「いまできること」という発想から脱却
「カメラをつくれる」→画素をいじってみる
「容量センサをつくれる」→回路とつなげる
Depth画像

79. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
LSIが道具になったら何をしたい？
https://www.youtube.com/watch?v=A188CYfuKQ0
http://www.nicovideo.jp/watch/sm23660093

80. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
LチカLSI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

81. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「カスタムIC」ならではのことは？
実世界との界面
センサ、アクチュエータ（MEMS）
アナログ回路
超LowPower
カスタムマイコン？
81

82. 2016/3/31 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
LチカLSI ver2
タッチセンサ 光センサ ※北九州学術研究都市 共同研究開発センターの半導体試作施設において、
(一財)ファジィシステム研究所の協力の下、他大学学生のLSI製造演習として
試作されました
CMOS 2um 2Al
3.2mm x 3.2mm
https://www.youtube.com/watch?v=NN1wNf66vXw
http://www.nicovideo.jp/watch/sm24280073
CAD：フリーウエア(Inkscape)
製造：北九州の時間貸しクリーンルーム