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Makeと半導体の過去と未来

2018/10/20 JENESIS臨時オープンデイ

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Makeと半導体の過去と未来
秋田純一
金沢大学
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  • 11. 2018/10/24 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ Mooreの法則の終焉? Mooreの法則の近未来(現在)の不安要因 製造ばらつき(設計通りの形状にならない) 不純物ばらつき(電気特性が設計通りにならない) トンネル効果(OFFにしたつもりが電子が通り抜ける) ref: https://slideplayer.com/slide/7843454/ Si原子(直径0.2nm) ×50 =
  • 12. 2018/10/24 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 Mooreの法則の効果:低価格化 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 「LED点滅(Lチカ)」のパラダイムシフト
  • 13. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ IoT時代の「道具」としての 集積回路
  • 14. 2018/10/24 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 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
  • 15. 2018/10/24 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
  • 16. 2018/10/24 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 集積回路は「道具」か? 集積回路が「道具」になった面もある マイコン、FPGA、SoC、・・・(システム構成要 素としての部品) 集積回路が「道具」でなくなった面もある 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) : Priceless 製造工場 〜$1G
  • 17. 2018/10/24 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 集積回路は「道具」になっているか?: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)
  • 18. 2018/10/24 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
  • 19. 2018/10/24 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 小ロット・教育場面での集積回路 「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」 「ちゃんと動かすのは難しいぞ」 TATが長い(=チップが届くころには忘れている) 作れない→経験できない→学べない スタートアップ企業で「チップを起こす」のは ふつうは選択肢ではない 起こさなくても、買ってこれば大半のことができるのも事実 IoT時代= (尖った機能は)少量・多品種 SoCのうち、ソフトウエアで対応できない領域は 不向き(センサ、電源)(SoC=イニシャル費用が高額) 19
  • 20. 2018/10/24 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
  • 21. 2018/10/24 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 例:IoT時代のTrillion Sensor←経済的な方策(設置・運用)は? 例:エナジーハーベストで動く永久センサノード←いずれ故障する ※半導体業界の人気がないのは、 半導体業界の苦境、は原因ではないと思う
  • 22. 2018/10/24 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) 基本、物理法則に沿っていれば「何でもできる」 アナログ回路 超LowPower カスタムマイコン 超ニッチなニーズ 特殊な電源IC、etc… 22 ref: https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/article/WORD/20090415/168824/
  • 23. 2018/10/24 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ LSIを道具にするために: MakeLSI: 情報収集・整理 フリーCADなど(けっこうある) NDAフリーの設計ルール 仲間さがし 参加条件:特になし(アツい心) けっこういる(150名程度) プロ・経験者〜SWエンジニア〜主婦 http://ifdl.jp/make_lsi
  • 24. 2018/10/24 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MakeLSI: まずはやってみた 2015年7月~(1~2回/年) 参加: 2015年:8人・9種類@2チップ(高専生~ギーク~元プロ) 2016年:11人・13種類@2チップ(高専生~プロ~主婦) IP蓄積が異様に速い(オープンソース/Github) Linuxのような、オープンソース&分散型IP開発の可能性?
  • 25. 2018/10/24 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
  • 26. 2018/10/24 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ MakeLSI: -チップ製造(近い将来) 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 小ロット・短TAT(製造期間)のLSI製造 加工寸法:1umくらい ムーアの法則→非先端プロセスでも十分な性能 設計ルールのNDA→λルールでオープンソース化? 5umルールでも十分(な人も多い) 「P板.com」並に・・・ 「ミニマルCAD」も 進行中 あと数年で実用化? http://unit.aist.go.jp/neri/mini-sys/fabsystem/minimalfab.html
  • 27. 2018/10/24 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 1um?0.5in?いえいえ、けっこう使えます 1[um]/3Alプロセス・0.5inウエハに 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
  • 28. 2018/10/24 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。