アナログ回路の民主化とプロの役割

Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 1

アナログ回路の民主化とプロの役割

秋田純一（金沢大）

04/08/2023 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 2

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


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）


最近の研究テーマ


回路設計と実体の回路


回路図から？実体の回路から？

どちらから入る？


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？


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


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/


ムーアの法則とそれがもたらしたもの


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）


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？

???

???


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？


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？


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


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 ）


「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

８４３

５

７

２

６while(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）


「 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


「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


技術の民主化とその可能性


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


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


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


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) ）


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）


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/


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


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


技術の民主化と産業の多様性


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）


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/


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/


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


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


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）


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）


ライフスタイルの多様化？

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


アナログ回路コミュニティの未来


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


LSI 民主化の実践例： L チカ専用LSICMOS 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・・・


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？

04/08/2023 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)

04/08/2023 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/

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