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アナログ回路の民主化と
プロの役割
秋田純一(金沢大)
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2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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
...
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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D...
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最近の研究テーマ
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回路設計と実体の回路
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回路図から?実体の回路から?
どちらから
入る?
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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...
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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...
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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)
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ムーアの法則と
それがもたらしたもの
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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
 ...
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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
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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 ...
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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...
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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...
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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,...
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「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
NE5...
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「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...
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「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...
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技術の民主化とその可能性
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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...
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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
...
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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...
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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...
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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」...
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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...
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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
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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:...
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技術の民主化と産業の多様性
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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...
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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...
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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...
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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
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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...
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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、QuickS...
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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」...
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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
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アナログ回路コミュニティの未来
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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...
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LSI民主化の実践例:Lチカ専用LSI
CMOS 0.18[um] 5Al/Die=2.5x...
2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
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...
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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...
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References(2)
 技術の民主化とその可能性(続き)
 Arduino:http...
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アナログ回路の民主化とプロの役割

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電気学会「第18回アナログVLSIシンポジウム」でのパネル討論「アナログ回路の新しい流れ」でのポジショントークの資料です。
電子回路の理論と実践の接続、ムーアの法則の破壊的イノベーション的な側面と、それらと表裏一体のMakerムーブメントと、それを背景とするユーザーイノベーション、ツールキットの意義について。こちらの原稿資料とあわせて。http://ppl.ug/RxglPPYEnCg/

Published in: Engineering
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アナログ回路の民主化とプロの役割

  1. 1. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ アナログ回路の民主化と プロの役割 秋田純一(金沢大) 1
  2. 2. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 2
  3. 3. 2014/4/22 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) 3
  4. 4. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 最近の研究テーマ 4
  5. 5. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 回路設計と実体の回路 5
  6. 6. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 回路図から?実体の回路から? どちらから 入る? 6
  7. 7. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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? 7
  8. 8. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 8
  9. 9. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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/ 9
  10. 10. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ムーアの法則と それがもたらしたもの 10
  11. 11. 2014/4/22 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) 11
  12. 12. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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? ??? ??? 12
  13. 13. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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? 13
  14. 14. 2014/4/22 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 言い換えると「自立していない産業」へ? 14
  15. 15. 2014/4/22 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 15
  16. 16. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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) 16
  17. 17. 2014/4/22 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) 17
  18. 18. 2014/4/22 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) 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 18
  19. 19. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 「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 19
  20. 20. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 技術の民主化とその可能性 20
  21. 21. 2014/4/22 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、付き添い女子 (今)↑+テクノ手芸女子、親子連れ 21
  22. 22. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 22
  23. 23. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 23
  24. 24. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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)) 24
  25. 25. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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) 25
  26. 26. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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/ 26
  27. 27. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 27
  28. 28. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 28
  29. 29. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 技術の民主化と産業の多様性 29
  30. 30. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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) 30
  31. 31. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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/ 31
  32. 32. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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/ 32
  33. 33. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 33
  34. 34. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 34
  35. 35. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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) 35
  36. 36. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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) 36
  37. 37. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ライフスタイルの多様化? 37 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
  38. 38. Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ アナログ回路コミュニティの未来 38
  39. 39. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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 39
  40. 40. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ LSI民主化の実践例:Lチカ専用LSI CMOS 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・・・ 40
  41. 41. 2014/4/22 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 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? 41
  42. 42. 2014/4/22 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)
  43. 43. 2014/4/22 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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