電気学会 電子回路研究会(2014/12/19)。Make、MakeLSI、技術の民主化、深セン、ミニマルファブなど。

1. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
集積回路が真の道具になるために
秋田純一（金沢大）
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2. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
Contents
自己紹介
ムーアの法則の歴史と側面
技術の民主化とその意義
集積回路が「真の道具」になるために
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3. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
ムーアの法則の歴史と側面
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4. 2014/12/19 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）
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5. 2014/12/19 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
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・・・
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6. 2014/12/19 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
＝パラダイムが
変わる可能性
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（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

7. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「LED点滅（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）
「枯れた技術」でも、世の中は変わりうる
※ただし、「それを使うこと」ができれば
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
while(1){
a = 1;
sleep(1);
a = 0;
sleep(1);
}
※さすがにPCではちょっと・・・

8. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
技術の民主化とその意義
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9. 2014/12/19 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
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西餅「ハルロック」
（週刊モーニングで連載中）

10. 2014/12/19 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. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
趣味・ライフスタイルの多様化？
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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

12. 2014/12/19 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)

13. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
Maker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 13

14. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
技術の「民主化」という見方
（従来）設計・製造技術＝プロの特権
（いま）設計・製造技術＝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

15. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
技術の民主化の結果：深圳の華強北
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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)
※基本的には「コンポーネント」の「アセンブリ」のみ
ShenZhen HuaQiangBei

16. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
プロは失業するのか？→否
技術が民主化されて万人に渡っても、
プロは存在する
MS Word←→作家、Web2.0←→ジャーナリスト、
YouTube←→映画監督、プリンタ←→印刷屋
集積回路・電子回路技術では？
プロの役割は残る（というより重要度が増す）
根幹回路技術：電力(EH/LowPower)と
通信（IoT/Last1m)
電子回路の設計技術の提供：ツール、コミュニティ
プロ自身も、うまく使えば、更にレベルアップ
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17. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
集積回路が
「真の道具」になるために
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18. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
集積回路は「道具」になっているか？
高性能な「汎用品」：道具になった
（マイコン、FPGA、オペアンプ、・・・）
アナログIPの再利用（VSI等）：徐々に・・・
「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
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19. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
失敗から学ぶ：「手軽に試せる」環境
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http://www.viscuit.com/column01/column02/
原田康徳氏（NTT CS研）

20. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
MakerがLSIを「つくる」ためのハードル
設計CAD
Cadence/Synopsys: 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
※人気がないのは、半導体業界の苦境、は
原因ではないと思う

21. 2014/12/19 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

22. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
LチカLSI動画：Contents
Lチカ：555、マイコンでもできるが、専用LSIで
CMOS 0.18um 5Al
2.5mm x 2.5mm
RingOSC x 1001
T-FF (Div)

23. 2014/12/19 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

24. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
「カスタムLSI」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
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25. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
設計CAD：フリーウエアで
高度なツールは、ホビーには多機能すぎる
最後はGDSデータ：基本ツールで
Inkscapeでレイアウト設計
※DRCはVirtuosoで・・・

26. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
製造方法：誰でも使える環境で
北九州学研都市のクリーンルーム
クリーンルームの設備が時間単位で利用できる
2umルール程度
使い方も指導してもらえる
（一通りLSIをつくると2週間くらい、20万円くらい）
※今回は他大学の学生さんのプロセス実習に相乗りして製造

27. 2014/12/19 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

28. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
カスタムマイコンはどうか？
0: 23a0 movs r3, #160 ; 0xa0
2: 05db lsls r3, r3, #23
4: 4c0b ldr r4, [pc, #44]
6: 4f0c ldr r7, [pc, #48]
8: 2201 movs r2, #1
a: 601a str r2, [r3, #0]
c: 2500 movs r5, #0
e: 6025 str r5, [r4, #0]
10: 2600 movs r6, #0
12: 3601 adds r6, #1
14: 42be cmp r6, r7
16: d1fc bne.n 12 <main+0x12>
18: 3501 adds r5, #1
1a: 2dff cmp r5, #255 ; 0xff
1c: d1f7 bne.n e <main+0xe>
1e: 2200 movs r2, #0
20: 601a str r2, [r3, #0]
22: 25ff movs r5, #255 ; 0xff
24: 2600 movs r6, #0
26: 3601 adds r6, #1
28: 42be cmp r6, r7
2a: d1fc bne.n 26 <main+0x26>
2c: 3d01 subs r5, #1
2e: 2d00 cmp r5, #0
30: d1f8 bne.n 24 <main+0x24>
32: e7e9 b.n 8 <main+0x8>
34: 50000004
38: 0000270f
#define GPIO 0x50000000
#define PWMDUTY 0x50000001
#define WAIT 10000 // 3,000,000=0.3s / 256 ->
10,000
void main()
{
volatile unsigned int w;
volatile unsigned int d;
while(1){
*(volatile unsigned int *)GPIO = 0x0001;
for (d = 0; d < 256; d++){
*(volatile unsigned int *)PWMDUTY = d;
for (w = 0; w < WAIT; w++);
}
*(volatile unsigned int *)GPIO = 0x0000;
for (d = 255; d >= 0; d--){
*(volatile unsigned int *)PWMDUTY = d;
for (w = 0; w < WAIT; w++);
}
}
}
arm-gcc/gas
VerilogHDL
ARM CortexM0 Design Start Program
(Synthesizable HDL)
Lチカのプログラム
（PWM対応）
機械語

29. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
アナログ回路はどうか？
Lチカといえば、555
CMOS 0.18um
1P5M
CMPx2+DFF+DisChgTr
※製造中

30. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
LSI製造方法の革命：ミニマルファブ
0.5インチウエハ・局所クリーン化・DLP露光
工程ごとの小型装置群
小ロットのLSI製造
加工寸法：1um程度
単TAT（１〜２日）
pMOS, nMOS：OK
→CMOS回路へ／MEMS
「ミニマルCAD」も進行中
一部装置は既に販売開始
CMOS製造装置群はあと5〜10年程度？
作る→試す→学ぶ、の教育サイクル◎
http://unit.aist.go.jp/neri/mini-sys/fabsystem/minimalfab.html

31. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
LSIを道具にするために
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
けっこういる
ホビーで作ってみる？
2015/夏ごろ、北九州Fabで
計画準備中 http://j.mp/make_lsi

32. 2014/12/19 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？
来るべき時代に備えて、
回路技術を磨いておきたいところ

33. 2014/12/19 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
まとめ
ムーアの法則の歴史と側面
LSI技術が「こなれる」ことで、できたこと
技術の民主化とその意義
ユーザ層が広がる＝生まれるものが多様化
その中から生まれるイノベーション
根底：技術が道具になりきること
プロの役割はむしろ増大
集積回路が「真の道具」になるために
現状は道具になりきれない：教育面でもマイナス
道具になるために必要な３つのこととその実践
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