Makers:近未来のものづくり

Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
Makers: 近未来のものづくり
秋田純一（金沢大学）

2013/8/20 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
自己紹介
 1970年、名古屋市生まれ
 子供のころ：半田付け尐年
 高1：フラクタルにかぶれる
 高2：数理の翼セミナー＠富山に参加、衝撃を受ける
 高3：化学を志す
 大学：数理の翼セミナーの仲間を求めて東京へ
 セミナースタッフ、同窓会運営などがサークル活動
 「三つ子の魂・・・」の通り、電子工学科へ
 1995年：数理の翼の縁で、2000年開学のデザイン・技術融合の新しい
大学の策定委員に
 2000年：その大学へ（公立はこだて未来大学）
 いろいろな分野に首をつっこむ（デザイン、福祉、都市工学、教育工学、
環境問題、ロボット、人間工学）
 2004年：1期生とともに卒業して金沢へ
 両者の境界・融合領域を専門に（根っからの工学部ではない）

今日のお話の概要
 ここ数年、主にコンピュータ制御の工作機械やインター
ネット社会の進歩と普及を背景に、18世紀の産業革命以
来の産業構造の世界的な大きな変化が進行中しています。
 これはMakers(メイカーズ)ムーブメントと呼ばれ、イン
ターネット上の人々のつながりと、広い範囲の科学技術
の成熟・融合がその裏付けとなり、真に人類の幸福をも
たらす可能性を秘めています。
 そして現在は、まさにその数百年に一度の転換点がどう
進行する現場に出会える稀有なチャンスといえます。
 この講義では、数理科学、工学、社会科学、経済学など
の幅広い観点からこのMakersムーブメントを理解し、特
に私の専門である半導体集積回路の役割やその進歩がも
たらすものについて、考察を深めたいと思います。

はじめるまえに・・・
今日のお話は、「知識」を伝える
ものではありません
これを理解したからといって、
すぐに何かができるものではありません
世の中、特にモノとヒトとの関わりにつ
いて、
みなさんが主体的に考えるきっかけに
なってくれることを期待しています
つまり「正解」はありません
ノートをとるなら、キーワードだけで十
分です

Contents
「半導体」のお話
半導体産業と製造業
製造業の転換と半導体産業
近未来のものづくり

科学と技術（科学技術）
歴史的には：
科学＝アテネ市民の教養（思索）
→理学(Science)
技術＝奴隷の作業（具現化のテクニック）
→工学(Technology) （経験則・ノウハウの集
合）
産業革命後、工学をScienceで裏付けることで
劇的な効率化→融合
日本では：
明治維新・殖産興業の時代に、同時に入ってき
た
「科学技術」として区別があいまいに

技術とデザインの接近
古くは、設計と技術（具現化手段）は同一
分野
（レオダルド・ダ・ビンチのころ）
技術の高度化に伴い、分業化が進む
設計(design)→「デザイン」へ
（本来は同じ言葉なのに）
技術は技術者しかわからない
2000年ころから、再度、両者の接近の試み
デザインできるエンジニア
エンジニアリングできるデザイナー

コンピュータの歴史
(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

コンピュータの構成要素：集積回
路
黒いパッケージの中に
「シリコンのチップ」が入っている

集積回路の歴史
US Patent No. 2 981 877 (R. Noyce)
(1961)
US Patent No. 2 138 743 (J.
Kilby)
(1959)

Mooreの法則
ref: http://www.intel.com/jp/intel/museum/processor/index.htm
傾き：×約1.5/年

集積回路の最小構成要素：MOSトランジス
タ
MOS=Metal-Oxide-Semiconductor
基本的には電圧制御スイッチ
組み合わせて、いろいろな回路・システ
ムを
つくることができる
（http://cms.kyutech.ac.jp より）（Wikipediaより）

MOSトランジスタからコンピュー
タへ
MOSトランジスタ＝スイッチ
→論理ゲート＝ブール代数
論理積・論理和・否定
→論理回路
この組み合わせで、
コンピュータの機能を
構成できる
→コンピュータ
・プログラム
→ネットワークへ

例：「加算」をする回路
a b c s
0 0 0 0
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 1 0 {c, s} = a + b
ブール式表現
• c = a ・ b
• s = /a・b + a・/b
論理積 x = a・b
論理和 x = a+b
否定 x = /a

Moore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・・・？
寸法: 1/α
不純物濃度: α
電源電圧: 1/α
p-Si
S DG
n-Sin-Si
p-Si
S DG
n-Sin-Si
L

MOSトランジスタのスケーリングの効
果
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
メーカは、がんばって微細化する
（MOSトランジスタを小さく作れるようにす
る）

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
ref: 日経BP Tech-On! 2009/03/30の記事

どれぐらい小さいのか？
L=20nm（いま）
(IEEE Trans. ED, 50, n9, p1838)
L=5nm（2020年ごろ）

速度↑
パソコンや携帯・スマホがサクサク動く
消費電力↓
バッテリーが長持ち
集積度↑：２つの意味
機能↑
コスト↓
スケーリング（微細化）でうれし
いこと
同一面積チップで4倍のMOS数
＝4倍の機能
同一MOS数が1/4の面積
＝1/4のコスト

微細化によるコスト↓の別の側面
DEC VAX(1976)
1MIPS
Cray-1 (1978)
100MIPS
1000MIPS
300MIPS
10MIPS
100MIPS
20MIPS
※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）

微細化によるコスト↓の意義
コンピュータの低価格化＝普及
昔は国で1台 → 会社に1台 → 一人1台
もう1つの意義：
「コンピュータ」が特殊なものではなくなっ
た
コンピュータ＝パソコン、にとどまらない
携帯、ゲーム機、家電、おもちゃ、・・・
→身の回りのあらゆるものに（ユビキタス
化）

「LEDを点滅させる回路」（１）
Ra
Rｂ
C
NE555
８４
３
５
７
２
６
普通の設計方法：発振回路

「LEDを点滅させる回路」（２）
PCを使ってもできる・・・？
可能だが、非現実的・・・か？
while(1){
a = 1;
sleep(1);
a = 0;
sleep(1);
}

マイクロコントローラ（MCU：マ
イコン）
マイクロコントローラ (MCU)
CPU＋RAM＋ROM＋周辺回路を1つのチップに
CPU: 1～100MIPS
RAM: 1K～10KB
ROM: 1K～100KB
Cost: ～100円程度
製造技術は、「非常に」枯れた技術
Microchip PIC12F629

MCUの中身
小さいながらも立派なコンピュータ
性能は数MIPS＝初期のスーパーコンピュータ
並
Microchip PIC10F222

「LEDを点滅させる回路」（３）
発振回路
IC(8p)＋C×1＋R×2＝$2
MCU
IC(8p)＝$1.5
多機能
点滅速度、点滅パターン
などの変更が容易
（プログラム動作）

「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
（「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)）

「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、・・・

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

「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？

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？

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

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」

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

Mooreの法則の負の側面
あまりにも明確な技術進歩の方向性
その結果、「なぜ」「何を」作るか、を
考えなくなってしまった

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)）

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）
http://www.garbagenews.net/archives/1935926.html http://www.nissay.co.jp/enjoy/keizai/32.html

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？

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)

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

「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)

「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
大量尐品種→尐量多品種（→SoC）

ムーアの法則のもたらすもの
半導体性能↑＆電子情報機器の性能↑
→半導体製品の尐量多品種化→SoC
半導体固有の事情：イニシャルコスト↑↑↑
一企業の身の丈にあった投資額を超えている
イニシャルコスト↓技術（EB直描、設計自動化
等）
大量生産しないと回収できない
＝ヒット製品への強い依存
例：iPhoneに搭載されると業績回復
産業構造として健全か？

半導体のあるべき姿（１）
「集積回路向き」の応用分野の開拓
社会的要請
実現のため必要微細加工されたSoCが必要
十分な出荷数を期待できる
スマート家電、スマートグリッド、ロボットビ
ジョン・・・
 ユーザの機能飢餓を無視した「余計なお世話」?「市場創出」?
（TV?3D?4K?LTE?）
 補助金・公共投資に依存する自立できない産業に未来はない（cf. 歌舞伎vs
（経済産業省低炭素電力供給システム報告書より）

半導体のあるべき姿（２）
「枯れた技術の集積」マイコンのような実例
は？
十分枯れた製造技術
回路構成やアーキテクチャも学術的興味は薄い
ムーアの法則がもつ「低価格化」が産業構造、
世の中そのものを変える可能性
「持続的Innovation」を駆逐する「破壊的
Innovation」
十分に減価償却が済んだ製造装置だから可能な
コストも含めて実現可能なアプリケーション
「人類の幸福に貢献する」という産業の

MAKERSムーブメントと半導体
製造業をとりまく近年の動向
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

「モノは買うもの」という時代？
ほしいものを、「買う」以外の方法は？
「作る」？
夏休みの工作レベルのおもちゃ：○
PCのソフトウエア：多くは×、場合よっては○
PCやスマホ：たぶん×（無理）
これらを「作ることができるようようなっ
た」ら？
古来、「必要なものは自分で作る」もの
産業革命後、生産者と消費者が分離
製品が複雑化・専門化し、ますます分離

MAKERSの背景：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/

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
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

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

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

OSHWコミュニティで大事なこと
は・・？
情報共有コミュニティ
リアル／ネット経由のアクセス
「生き字引」の活用
「言語」となる共通ハードウエア
ユーザの「居場所」
たぶん個々には「アツい気持ち」がある
学校などでは周りに「理解者」がいない？
・・・萎える
「発表」の機会
自慢したい、よね。

金沢大・秋田研の実践例
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/

MAKERSの背景：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）
（C.アンダーソン「ロングテール」,早川書房
(2009)）

「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

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%)
残り(85%)：atom産業（モノが関わる）
「IT産業革命」は限定的→本命はatom産業
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)

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
・・・・？？？野尻「南極点のピアピア動
画」
(早川書房 , 2012)

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・・・？

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」
均一・大量生産製品：
平均満足度は高いが、満足度maxではない
http://www.bsize.com/

Makersムーブメントが示唆するこ
と
「技術の民主化」がもたらすもの
昔は、技術はエンジニアの特権だった
それが民主化されて、趣味で使う人が出てき
た
しょうもないものも、たくさんある
すごいものも、たくさんある
モノ・ヒトの多様性（とそれをつなぐコミュ
ニティ）

「多様性」の実践例：NT金沢2013
もともとは、ニコ動のニコニコ技術部のオフ
会
「技術の民主化が生んだ多様性」を集めてみ
る
それらがどう相互作用するか？・・・実験中

「集積回路」の民主化？
「集積回路」が民主化するとどうなる
か？
「集積回路」を民主化するには、
どうしたらいいか？

集積回路が民主化されるために
は？
原料（Siウエハ）価格はあまり上昇していない
$1.14/inch2→$1.17/inch2（2004, SEMI統計）
初期コスト
マスク価格：45nmは180nmの10倍
電子線（EB）直描：低スループットだが多品種向け
設計コスト
高機能は高価な専用CAD（米国メーカー独占）
汎用品レベルは汎用（含フリー）CADでも
設計ツール(CAD)の民主化は・・・？

「汎用/専用部品」になる集積回路
（１）
 System on Chip (SoC/システムLSI)
 システム一式をワンチップ化
 必然的に特定用途＝尐量多品種
（大量生産品はiPhoneのCPUなどごく尐数）
 「製造初期コスト（マスク）が高価」という矛盾
設計の複雑度が極めて高い
 設計方法が異常に複雑化・高度化
 System in Package (SiP)
 システム一式（CPU・メモリ等）を
ワンパッケージ化（ただし若干低速度）
 必然的に特定用途＝尐量多品種
 各チップは汎用品：量産効果
 「ロングテール」向き？

「汎用/専用部品」になる集積回路
（２）
 Configurableなデバイス
 FPGA, MCU, PSoC, スマートアナログ, …
 デバイスそのものは「汎用部品」
（機能をカスタムに設定できる）
 微細化によって「それなりの性能」になってきた
（昔は性能がイマイチだったが）
 設計ツールの民主化により、かなり有望か？
 LSI試作サービス
 小ロット製品向けも
例：仏CMP(€1,200/mm2@0.18um, €650/mm2@0.35um,
€12,000/mm2@28nm)
「そこそこの性能」ならかなり安くなってきた
 設計ツールの民主化が普及のキーか？

集積回路の民主化のためのキー技術
（１）
「カスタムLSIが作れるとうれしい用途」
高度・高速信号処理、高機能センサ、などなど
「それまでは考えてもいなかった分野」は、けっこう
ある
例：（高価な）３次元計測デバイスは昔からあったがイマイチ普及し
なかった
→Kinectで一気に普及し、基盤技術になった
「やろうと思えばできること」を見据えた考え方
例：実装技術（「やろうと思えばできること」）を知らなければ
Kinectやそれを使ったアプリは考えられない
例：高速カメラ＋画像処理を知らなければ、高速ビジョンは考えられ
ない
プロトタイプでもいいので「動くものを見せられる」のも重要

集積回路の民主化のためのキー技術
（２）
実装インフラの整備
これはFPGAやLSI試作サービスが整ってきている
設計ツールの民主化
現状では民主化されているとは言い難い
↑のようなケースが出てこれば改善が進む・・・？？
またはArduinoやRaspberryPiのような
ブレイクスルーをおこすものを作る人が現れ
る・・・？

まとめ：みなさんへのメッセージ
無条件の「科学技術の進歩＝人類の幸福」は昔の
話
科学コミュニケーションが大切です
同様に、技術コミュニケーションも大切
「誰かがやってくれる」「誰かが作ってくれる」
という
考えでは、もったいない＆危ない
「放射能が危険」は本当ですか？
テレビで言ってるだけ、という姿勢ではありません
か？
持っているケータイに満足ですか？
「欲しいもの・必要なものは自分でも作れる」と
いう

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