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新材料を短時間で開発する手法

(2015年7月 2日 00:14)

新しい材料を開発する場合には、何千、何万もの考えられうる組み合わせがある。例えば、元素ABCを混ぜ合わせて何か新材料を生み出す時には、「A33%B34%C33%」のように元素をそれぞれ調合して100%になるようにする。この割合を「A100%B0%C0%」から「A0%B100%C0%」、「A0%B0%C100%」までの間に連続的に変えるような組成の材料を作りそれぞれの特性を測れば、どの組み合わせがベストな特性を引き出すのかを知ることができる。こういった組成を変えて、新しい材料を見つける手法を「コンビナトリアル」と呼ぶ。

 

新材料と言っても化学の周期律表にある材料を組み合わせて生み出すことしかできない。全く新しい元素を見出すことはもはや難しくなっている。元素一つ一つ調合比を変えて実験するにはとても時間がかかってしまう。二つの元素同士でさえ、A0%B100%からA100%B0%まで組成を変えてそれぞれの組成の材料を作製し、特性を測定するという面倒な作業が欠かせない。

 

コンビナトリアル手法は、組成の組み合わせを連続的に、しかも自動的に変えていくことができる。この手法を使い、新しい材料を開発する、あるいはこの手法をサービス提供するビジネスが登場する、などコンビナトリアル技術が同じ島国の英国と日本で活発になっている。

 

英国のサザンプトン(Southampton)大学をスピンオフして設立されたイリカ(Ilika Technologies)社、日本の独立行政法人物質・材料研究機構をスピンオフして設立されたコメット社がそれぞれ手法は微妙に違うが、コンビナトリアル技術を実用化している。

 

実は、「急ぎ足の英国出張記(参考資料1)で述べた、ロンドン-サザンプトン間の日帰り出張はイリカ社を訪問して、コンビナトリアル手法と、新材料による新しいリチウムイオン電池の話を聞くためだった。イリカ社のビジネスモデルは技術のライセンスであり、それによる製品の共同開発である。いかにも英国らしく、研究開発をビジネスにする。

 

日本のコメット社は、コンビナトリアル法を使って材料を開発するための製造装置販売と、コンビナトリアル技術のコンサルティングサービスをビジネスとしている。製造装置は販売するだけだが、コンサルティングサービスは、顧客の目的に応じて、組成を連続的に変えた材料を作製し、その特性を測り、結晶構造の解明と、考察も加えてレポートを提供する。顧客の望む特性の材料ができるだけではなく、全く異なる特性を有する組成の材料を開発することもあるという。同社のCTO(最高技術責任者)である知京豊裕氏は、高誘電率の材料を探していたが、同じ元素を使いながら、それぞれの組成によっては耐熱性の高い材料も出来てしまったことがあると語る。このことはコンビナトリアル手法のメリットでもある。

 

イリカ社の技術はE-ガンとKセルと呼ばれるるつぼを使う蒸着法で、最大6つの元素を組み合わせる実験ができるとしている。元素に電子線を照射し加熱溶融させ、それを基板に向けで飛ばす。この技術で、リチウムイオン電池の正極、負極、固体電解質の薄膜をそれぞれ蒸着で形成する。これまでの正極用LiCoO2(コバルト酸リチウム)、負極用のリン酸リチウム(Li3PO4)とは違う材料だと同社CEOGraeme Purdy氏(図1)は述べる。明言は避けたが、同じリチウム、コバルト、酸素でもそれらの比率が違うのであろう。

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図1 英国イリカ社の経営陣 右端がCEOのGraeme Purdy氏 出典:Ilika 

固体電解質のリチウムイオン電池なら、発火事故や爆発事故の心配はない。しかし、薄膜リチウムイオン電池の開発は難しく、唯一製品化している企業は米国のシンベット(Cymbet)社だけだった。ところが、そのシンベットでさえ、電話取材を申し込んでいたが、ずるずる言い訳がましく時期を延期に次ぐ延期を余儀なくされ、結局インタビューは実現しないまま、突然、製品生産を中止する、当社はもうリチウムイオン電池から撤退し、別のビジネスを行う、と言われた。

 

イリカの方法だと、固体電解質のリチウムイオン電池は半導体プロセスで製造できるだけではなく、薄膜成長時の基板温度が300℃と低いため、ガラスでもポリマーでも使えると言う。イリカによれば、シンベットが使ってきたスパッタリング法は、基板温度が700℃と高く下地に形成したLiCoO2膜が崩れたまま、再結晶するという。このため積層に積むことができずエネルギー密度を高めることができない。これに対してイリカの電子蒸着法は数層のバッテリをスタックできるため、電圧あるいは電流を高めることができる。

 

イリカはトヨタ自動車とも共同開発しているが、その心は電気自動車やプラグインハイブリッドの大容量バッテリではなく、クルマのドアガラスの開閉やワイパー、LED点滅など車内の各部分にある、軽いECU(電子制御ユニット)を動かすための安全なバッテリを欲しかった(参考資料2)。これまでのECUは全てワイヤーハーネスを通してセンサ、アクチュエータ、鉛蓄電池などと結んでいる。このワイヤーハーネスの総重量は数十kgにも及ぶため、各ECUを独立させワイヤーハーネスを削減しクルマを軽くしたい。そのための小型バッテリである。

 

コメット社の方法は、コンビナトリアル手法そのものを提供するため、スパッタリング法で形成する。この方法だと、例えば最初からHfO2Y2O3Al2O3などを混ぜ合わせ、最適な次世代CMOSトランジスタのゲート絶縁膜の最適な材料を求めるのに使い勝手が良いからだ。スパッタガンと試料基板との間にシャッターを設け、シャッターをずらしながら、堆積させる膜厚を調整していく。全て完全自動で行う。

 

イリカ、コメット共に、開発部門は全員Ph.D(博士号)を持つ研究開発会社である。単純作業をできるだけ減らすため、試料を装置内に入れた後は、薄膜形成過程やデータ取得などの工程は完全に自動化している。イリカでは若い博士号を持つ研究者が楽しく、生き生きと開発している姿が印象的だった。

                                                 (2015/07/01)

 

参考資料

1.    急ぎ足の英国出張記2015/04/01

2.    連載:カーエレクトロニクスの進化と未来、第70回「車内ワイヤレスネットワークによりハーネス除去を目指す英国ベンチャー」2015/04/20

 

「電源規制レベルVIに気を付けて」

(2015年6月28日 12:40)

電源規制レベルVIをクリヤしなければ米国に電子機器を輸出できなくなる。「日本企業がそうならないようにお手伝いしたい」。こう述べるのは、デジタル電源を引っ提げて日本でのビジネスを進める米CUI社。日本とは25年の付き合いだと言う同社CEOMatt McKenzie氏は、ローパワーからハイパワーまでの製品ポートフォリオを揃え、日本市場をさらに強固にするためにこのほど来日した(1)

 

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1 CUICEOMatt McKenzie() 左は同社Global Marketing担当のJeff Schnabel氏

 

デジタル電源とは、デジタルで電源電圧を自在に制御できる電源、という意味で今は使われることが多い。当初は、電源回路の中をデジタルで制御する方式をデジタル電源と言っていた。電源回路は元々、出力の電圧変動をアナログ的にPWM(パルス幅変調)でパワートランジスタの入力を調整することで安定な直流電圧を供給する。パルス幅変調をアナログではなく、さらに非常に細かいパルスの数で幅を調整する方式が、かつてはデジタル電源と呼ばれた。その細かいパルスを作り出すのがDSP(デジタルシグナルプロセッサ)と呼ばれる、積和演算専門のマイクロプロセッサである。DSPが得意なテキサスインスツルメンツ(TI)は、DSPの新しい応用として、デジタル電源を提案した。

 

今や、マイコンやプロセッサを使ってデジタルコマンドで供給電圧を調整する電源をデジタル電源(Digital power supply)と呼ぶことが圧倒的に多い。電圧を供給するシステムの消費電力を削減するためである。ここではDSPを使うことなくコストを削減できる。電源への要求デジタルのコマンドはPMBusと呼ばれるプロトコルを利用して通信する。

 

CUI社は、電源機能をコンパクトにモジュールにまとめるモジュールや電源と電源用部品のメーカー。AC-DC電源に加え、DC-DCコンバータも手掛ける。一般の家庭やビルなどで使われている100Vの交流(AC)を12V5V24Vなどの直流電圧に変換する電源では1Wから、12kWといったサーバーラック用の電源までカバーする。DC-DCコンバータだと0.25Wの小型から600Wまで手掛ける。LEDの電源となるLEDドライバや、IGBTパワートランジスタを駆動するIGBTドライバもある。

 

狙う市場は、通信インフラ系やネットワーク機器、データセンターのサーバー、医療機器、工業機器など。製品ポートフォリオを広げることができたのは、高出力電源を設計・製造していたカナダのテクトロール(Tectrol)社を買収したことによる。もともとCUIは電力の低い電源を得意としてきた。この買収によって、製品ポートフォリオが広がっただけではなく、標準品の変更によるセミカスタム電源やカスタム電源に対する高出力製品にも対応できるようになった。

 

例えば、AC-DC電源として最も出力の高い3kW1Uラック対応の電源「PSE-3000-48」ファミリを先日リリースしている。標準的な1Uラックに収まる40.64mm×101.6mm×355.6mmの大きさで33.48W/立方インチの電力密度を持つ。直流48V出力だが、42V~55Vの範囲で調整できる。通信インフラやサーバー、ネットワーク機器などエネルギー削減の要求が強い分野に向く。50%負荷における変換効率は94%と高いからだ。この製品こそ、テクトロール社のリソースを使って開発したもの。1U19インチの電源シェルフには4基の電源を搭載し12kWの電源を並列運用できる。デジタル制御用の標準バス、PMBusバスを内蔵している。

 

デジタル電源は、長い間、なかなか広まらなかった。電源内のフィードバック回路にまでデジタルで制御することのメリットを見いだせなかったからだ。

 

デジタル電源の普及と、セカンドソースの確保を目的として、CUI社は村田製作所、スウェーデンのEricsson Power Modules社と一緒にAMPArchitects of Modern Power)グループと呼ぶコンソーシアムを設立した。通信インフラやネットワーク機器、データセンター向けにデジタル電源を普及させるための標準仕様を設定する。さらに互いにセカンドソースとなり、いろいろな顧客やコントローラ企業と次世代電源について共同で開発、議論する。

 

インテルのマイクロプロセッサやFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)など最も微細な製造技術を使う半導体チップでは、1V程度の電源電圧で10A程度もの電流を流すことが多くなってきた。このため、チップのそばに電源を置かなければノイズなどの問題で正常動作が難しい。電源電圧を下げなければ消費電力を許容範囲に収めることができないためだ。そこでPOLPoint of Load)電源も登場したが、CUI社はデジタルPOL電源も持っている。最近の製品例ではAMPグループが定めたteraAMP標準に準拠した90A1V出力のPOLデジタル電源(DC-DCコンバータ)がある(2)。出力電圧は0.6V~1.8Vで変えることもできる。モジュールの大きさはわずか、50.8mm×19.11mm×9.47mmで、4個並列接続して360Aまで拡張できる。

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2 1V90A出力のPOL電源モジュール 出典:CUI

 

米国ポートランド市郊外にある本社を拠点とするCUI社は、日本の顧客にレベルVI規制に気を付けて、と注意を喚起する。これは米国のDoE(エネルギー省)が定める消費電力に関する規制であり、これまではレベルV規制までだったが、2016年の2月からは一段と厳しいレベルVIに準拠した電源を持つ電子機器しか、米国へ輸出できなくなる。これは出力電圧に応じて規制される消費電力を規定した仕様である。動作時の平均電力効率と無負荷での最大消費電力を、出力電力に応じて決めている。McKenzie氏は、米国に輸出する日本の機器メーカーがレベルVIをクリヤできるように支援したいと述べている。

                                                                (2015/06/28

非技術系の「デジタル」にも違和感

(2015年6月17日 20:27)

先日、「テクノロジー」という言葉に違和感を覚えるという記事(参考資料1)を書いた。早速、元エンジニアのトモダチから「同感、私はデジタルという言葉にも違和感を覚えます」、という意見をいただいた。この声にも全く同感である。事実、1980年から2014年まで、アナログICの出荷数量の方がデジタルICのそれよりも増え続けてきた。その数量の成長率もアナログの方が大きい。デジタル時代なのになぜアナログICの方が成長は速いのだろうか。考察してみよう。

 

デジタルエレクトロニクスという言葉を最初に聞いたのは、米McGraw-Hill(マグロウヒル)社が発行していたElectronics誌の記事を日経エレクトロニクスが翻訳した、1977~78年頃だった。その記事では、これからのエレクトロニクス技術はアナログからデジタルに変わっていく、というトーンだった。

 

1971年にはIntel4ビットのマイクロプロセッサ4004を発明し、Texas Instruments1トンジスタ/セル方式のDRAMを発明し、デジタルLSI時代は幕を開けた。それ以前は、TTL標準ロジックがデジタルICの数を圧倒していた。当初は、コンピュータエンジニアから「おもちゃ」と見られていた4004だが、8ビットの8080時代へと突入した。統計的な数字を持っていないが、70年代はデジタルICが増え続けたのだろう。特にDRAMメモリは容量が少なすぎて話にならないほどだったから、1Kビットから4K16K64K256Kと増加の一途をたどり、数量も月産1000万個、2000万個と増えていた。

 

80年代に入り、16ビットの80868028680386、そして32ビットの80486へと進化した。16ビットプロセッサ全盛の1980年代半ばに、デジタル時代には必ず人とのインターフェースに使われるアナログ半導体が求められるはず、との信念を持った男ボブ・スワンソン氏がLinear Technologyを創業した。アナログ専業メーカーのMaxim IntegratedIntersilなども設立された。Analog DevicesTIもアナログが強かった。

 

80年代後半になると、コンピュータエンジニアは半導体マイクロプロセッサを本気で考えるようになった。ゲートアレイなどのロジックでCPUボードを作るよりもIntel486Pentiumを購入する方が安くて高性能が得られるようになったからだ。

 

ところが、デジタルのマイクロプロセッサ技術の進展と共にアナログ半導体の数は増えていった。しかも、1980年から2014年に至るまで出荷された全IC総数の内、アナログ半導体の占める割合はずっと一貫して増え続けてきたのである()1980年には出荷されたICの総数の68%がデジタルで、アナログは32%だったが、2014年には47%がデジタルで53%がアナログ半導体と逆転した。今後の成長率でさえ、アナログICとマイクロコンピュータ(MCU/MPU)、MOSロジック、メモリという分類で見ると、アナログ半導体の成長率が最も高い年率平均8.9%2013~2018年を成長していくという予測がある。

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 図 アナログICの比率は増え続けている 出典:IC Insights

 

これを物語るのは、時代はデジタルに向かってきているものの、使われる半導体はアナログの方が増加率は高い、ということだ。入力の光センサや圧力センサとそのインターフェース回路はアナログ、A-D変換器(コンバータ)もアナログ、D-A変換器もアナログ、そして出力の液晶ディスプレイドライバ、モータの駆動インバータ、無線のトランシーバ、など人間を含む外界とのインターフェースは全てアナログICで出来ている。

 

さらに2000年代に入り登場したスマートフォンはアナログだらけである。タッチパネルのタッチセンサやジェスチャーセンサ、画面を90度回転させると画像も90度する加速度センサ、電子コンパスに使う磁気センサ、カメラの手ぶれ防止に使うジャイロセンサなど、こういったユーザーエクスペリエンスと言われる機能は全てアナログ回路である。そして今、時代はユーザーエクスペリエンスの時代に入るとアナログICの需要はますます増える。人間の指タッチや、ポーズ、ジェスチャーなど楽しいしぐさを入力デバイスとして表現するようになってきたからだ。音声のマイクロフォンは音を電気に変換するセンサである。音声入力もますます増えていく。スマホやタブレット、IoT端末のユーザーインタフェースは全てアナログ主体の回路となる。だから、アナログICがこれからも増えていくのである。

 

スマホやタブレットのデジタル回路部分はコンピュータと同じ構造だが、その入出力部分はまさにアナログである。そして電源用IC(最近ではパワーマネジメントICと呼ぶ)もアナログであり、約4Vのリチウムイオン電池から、1.2V3.3V5V7Vなど10種類程度のDC電源を作り出さなければならない。もちろん、据え置き型の機器は100Vの交流から、やはりさまざまな種類の直流電源を作り出す。

 

要は、マイクロプロセッサとメモリ(ROM/RAM、ストレージ)、周辺の専用ロジック回路などはデジタルだが、それらは制御と演算を受け持つ。演算処理が終わると出力するためのアナログ回路が欠かせない。

 

以上のように、「デジタル機器」にはアナログICが山のように増え続けている。だからこそ、デジタル時代と言われることにエンジニアは違和感を覚える。おそらく、非技術系の使うデジタルとは、機器の中身はどうでもよく、表示が数字だとデジタルで、表示が色の濃淡やグレイスケールだとアナログと言っているだけではないだろうか。これからのIoT端末の中身はデジタルICよりもアナログICの方がずっと多くなる。

 

ただ、エンジニアが注意しなければならないのは、非技術系のデジタルこそがユーザーエクスペリエンスであるという認識ではないだろうか。厳密にはやはりアナログ回路なのだが、コンピュータや専用ロジックのようなデジタル技術一辺倒ではなく、非技術系の言う「デジタル」、すなわち技術系の言う「アナログ技術」に商品価値が移っていることに気が付くべきかもしれない。

参考資料

1.    非技術系の「テクノロジー」に違和感(2015/05/07

                                                   (2015/06/17)

アラン・チューリング博士の考えは生きている

(2015年5月29日 00:39)

コンピュータは、メモリに命令とデータを蓄積し、それらを読み出して、「1番地のデータを5番地にコピーせよ」というような命令を実行することで、制御や演算を行う。メモリに格納する命令やデータをソフトウエアで書き換えるだけで、さまざまな制御や演算を行わせることができる。こういった汎用の演算器、すなわちコンピュータの概念を生み出したアラン・チューリング博士の生き様を描いた映画「イミテーションゲーム/エニグマと天才数学者の秘密」を見た。

 

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図 アラン・チューリング博士が描いた抽象画 エジンバラ大学にて筆者撮影

実用的なコンピュータを作り上げたのはモークリーとエッカートだと言われているが、コンピュータのすごいところは計算が速いことではない。ソフトウエアを書き換えるだけで、いろいろな業務を行うことのできる汎用性だ。例えば、地球の軌道計算や無理数のπ(3.14159....という数字)の計算だけなら、ロジック回路だけで計算させる専用計算機の方が計算速度ははるかに高い。

 

天才、アラン・チューリングは、映画の中で「専用の暗号解読器を作るのではなく、プログラムを変えるだけでいろいろな計算ができるマシン(エニグマ)を作る」と言っていた。彼が生み出したフレキシブルなコンピュータの概念こそ、現在のデジタル機器の基礎になっている。ほとんどのデジタル機器は、CPUとメモリ(主にデータを出し入れするRAMと、命令を格納するROM)、その他外部へデータを入出力するI/Oインターフェース、独自の周辺回路、で出来ている。パソコンはもちろん、デジカメもスマホもテレビもプリンタもカーナビも、デジタル機器と言われるモノの基本は、このCPUとメモリ、周辺回路、I/Oインターフェースである。ここにソフトウエアを載せることで、違う機能を実現する。

 

ソフトウエアは、全てゼロから開発しなくても済むように、基本的なOS、ミドルウエア、アプリケーションという階層構成になっている。それぞれのソフトウエアをそれぞれの専門家が開発することで、ソフトウエアはつながっていく。例えば、ゲーム用のソフトウエア(アプリケーション)開発では、アプリだけを開発し、OSは出来合いのものを使う。

 

今の半導体産業・電子産業は、それぞれの回路をそれぞれの専門企業が担当している。だから全てを1社が開発する必要がない。CPUならインテルやアーム、ミップスなどの回路を購入し、メモリだとサムスンやマイクロンの製品が秋葉原で手に入る。インターフェースは共通化・標準化されているから、これも簡単に手に入る。ソフトウエアでさえもOSだとアンドロイドやマイクロソフトのウィンドウズなどを導入すればよい。

 

では、何を持ってデジカメやスマホなどの製品ができ、他社の製品と差別化できるのか。それこそがアプリケーションやミドルウエアであり、周辺回路である。つまり、ここに注力して、それ以外の部品や回路は市販のモノで済ませる。これが、良いものを安く、早く作るコツである。

 

以前、1000億円しかないスーパーコンピュータ市場で、1000億円もの国家予算をかけるスーパーコンピュータの国家プロジェクトは、全てゼロから開発しようとしていた (参考資料1)。だから、このやり方はおかしくないか、と問いかけた。国から予算をいただいて仕事している人たちだと思うが、ブログが炎上するほど非難を受けた。

 

しかし、同じスーパーコンピュータでも東京工業大学の「つばめ」は、「京」の1/10のコストで同様な性能を得ている。もちろん、ソフトウエアによって、それぞれ得意・不得意の計算があるから一概には言えないことは重々承知の上だ。東工大の方法は、CPUを外から買い、他の差別化すべき回路、ボトルネックとなっている部分だけにフォーカスして開発してきたからこそ、安いコストで高性能なスーパーコンピュータを実現できたのである。この手法こそが、世界の勝ち組企業が使っている手法に他ならない。日本の電子産業が没落したのは、何でもかんでも自前でやろうとしてきたからだ。

 

今でも日本製のOSCPUを開発しようという時代錯誤の発言を未だに聞くことがある。もうOSCPUは差別化できる部品ではない。そのようなところにこだわっていると世界から取り残されてしまう。だからこそ、何を開発して、何を開発すべきではないのかを明確にして、ハードあるいはソフトの開発に力を入れるべきだろう。

 

では、すでに「京」の渦中にいるエンジニアが世界にコスト的にも、Time-to-market的にも負けないスーパーコンピュータに仕上げるためにはどうすればよいか。これが、参考資料2で提案した、プラットフォームとしてのスーパーコンピュータである。下位展開できるように、まるで、「レゴブロック」のように簡単に取り外しできるような仕組みのシステムを作ればよい。いわゆる「専用」のスーパーコンピュータを作っても絶対にコスト競争力は付かない。「超汎用」のスーパーコンピュータを作ることこそ、コスト競争力が備わる開発手法、すなわちプラットフォーム戦略だと言える。

 

専用の計算機ではなく、汎用の計算機を作ろうと考えた、アラン・チューリング博士の考え方は、さまざまな少量多品種、さまざまな応用に適用できる手法である。日本がキラーアプリの開発、という考えに凝り固まっていては、いつまでたっても世界の勝ち組の仲間入りはできないだろう。どのような応用にも柔軟に対応できるモノ(プラットフォーム)を作ることが変化の激しい時代に生き残れる考え方だといえる。

 

参考資料

1.    世界と比べて常識はずれな1000億円という高額のスーパーコン補助金2013/05/10

2.    スーパーコンピュータの補助金1000億円をジャスティファイする方法2013/06/18

液晶は今やローテク

(2015年5月18日 22:10)

シャープの自己資本比率は限りなくゼロに近い1.5%だ、と日本経済新聞が報じた。連結ではなく単独なら債務超過に陥っているという。ほとんど倒産に近い。にもかかわらず、なぜ会社更生法適用に踏み切らないのだろうか。

 

514日に発表したシャープの20153月期の決算では、最終損益が2223億円の赤字となった。しかも、自己資本比率が1.5%とゼロに近いのに対して、みずほ銀行や三菱東京UFJ銀行などが2250億円を出資するという。ルネサスに産業革新機構が資金を投入した時でさえ、10%以上の自己資本比率はあった。ルネサスに比べると財務状態ははるかに重病である。

 

今回の経営危機に陥った最大の原因は、堺コンビナートへの5000億円近い投資による。それも当初(2007年ころ)は、総額1兆円を投資すると報じられた。この話は海外でもよく知られており、筆者は当時、インテルとIBMのそれぞれの米国人から聞いたことだが、両社とも「うちではありえない」と述べていた。両社とも同様だが、それほどまでの投資が必要ならば、コラボレーションを他社(製造装置産業や顧客など)と組み、投資金額を抑えることが米国企業の常識であった。インテルは日本の半導体メーカーよりも数十倍高価なチップ単価で量産しながら、コストダウンの意識は極めて強く、低コスト技術を徹底していた。だから営業利益率が3割、4割を超えるのである。数1000億円規模の投資もできた。それでも1兆円規模の投資に対して会社はOKを出さなかった。

 

今となっては手遅れだが、今後シャープが生きていくためには液晶を捨てるか、レベルの高いユーザーエクスペリエンス技術を開発するか、どちらかしかない。もし、その未来技術がないのであれば、会社更生法の適用がふさわしいと思う。「がんばれシャープ」という応援団がいるようだが、残念ながら従来型液晶にこだわる限り、シャープには未来がない。液晶ディスプレイはもはやハイテクではないからだ。なぜか。

 

液晶は、基本的には画素と言われる基本素子を設計さえすれば、後はハンコのように同じ画素をひたすら並べていくだけの製品である。欧米ではラバースタンピングインダストリー(ゴム印産業)と言われている。だから、台湾や韓国、さらには中国といった企業でも追いつける。特にこれからは中国企業が液晶産業を支配し、もはや台湾と韓国でさえ出番が来なくなる。

 

液晶の動向は、タッチセンサパネルを設け、ユーザーエクスペリエンスを重視することになる。このため、タッチセンサ制御回路と液晶ドライバ回路との1チップ集積ICや、タッチパネルに新しい意味を付加するアルゴリズムなどがこれからのテクノロジーを握る。液晶自体に差別化技術はもう少ない。だから液晶だけでは生き残れないのである。

 

514日に米国の市場調査会社IHSが予測した5インチのスマートフォン用液晶パネルの低価格化のトレンドによれば、昨年パネル価格は34%も低下したのにもかかわらず、液晶製造コストは14%しか下がらなかった。もしこのトレンドが続くのなら、年末にはブレークイーブン点を超えてしまうと見ている。スマホ用の液晶パネルの価格がここまで下がるのは、作る工場が中国などで増えてきたからだ。供給過剰になっている。従来のテレビ用液晶パネルの価格は底に達し、これ以上は下がらないが、スマホ用パネルの価格はもっと下がるという。

 

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先週の決算報告会では、もう一つの液晶会社、ジャパンディスプレイも122億円の赤字を出した。スマホ用液晶パネルの値下がりが続く限り、どのようにして液晶で中国企業とコスト競争力を持てるのか、この難しい答えを見つけない限り、液晶産業の淘汰は進む。

 

液晶がゴム印産業である限り、次のアプリケーションが出てきてもすぐ低価格になるため、低コスト技術を磨かない限り、中国企業には勝てないだろう。シャープやJDIが低コスト技術を持っているのなら、とっくに競争力があっただろうが、それは期待できない。

 

液晶パネルだけではないが、ユーザーエクスペリエンスこそがモバイルの世界だけではなく、計測器産業や3D-CADソフトウエア産業、など産業用のハードやソフトにも巨大なメガトレンドとしてやってきている。最も身近にある液晶産業がユーザーエクスペリエンスをリードしていかなければ、世界から取り残されてしまうことは当然の帰結になる。IT、半導体、液晶、部品などの産業は極めて動きが速い。ゆったりとした大企業病の会社では、この世界で競争することは無理かもしれない。

 

かつて、中国の携帯電話市場で圧倒的な強さを誇ってきたサムスンが、最近(13)のスマホ市場で4位に落ちた。サムスンの没落はもはや時間の問題になってきている。モバイルやIT、半導体の世界では、産業やトレンドの動きは実に速い。日本企業が勝負するからには、完全分社化(独立)・責任移譲を経営者が決断する必要があるが、未だにその動きは出てこない。モバイルで競争する以上、液晶パネルにプラスアルファの付加価値をユーザーエクスペリエンスの視点で追加できるかどうかが生き残れるかどうかを決めるだろう。

 (2015/05/18)

テクノロジーよりユーザーエクスペリエンスの時代

(2015年5月12日 20:26)

ユーザーエクスペリエンスの時代に来ている。テクノロジーよりも楽しいユーザーインタフェースが市場を支配している。もはや、何ナノメートルの半導体を使っているとか、月産何万枚のスループットの工場で生産されるとか、ほとんど意味をなさなくなってきた。CPUはクロック周波数を競わない。消費電力が大きくなるだけだからだ。

 

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図 タッチすると音の出るポスター、音の出る櫛、ピアノ音の出る本

ユーザーエクスペリエンスという言葉が使われるようになったのは、iPhoneが誕生してからである。iPhoneをはじめとするスマートフォンの画面の拡大縮小を2本指の操作(ピンチイン・ピンチアウトという)では、静電容量型タッチパネルを利用している。しかし、エンジニア、特に日本のエンジニアは、iPhoneが登場しこれを見た時、「新しいテクノロジー(技術)は何もない」と言い切った。その通り、タッチパネルの歴史は数十年に及ぶ。キーボードがなく、画面に映し出されるソフトキーボードで入力するが、これとてテクノロジーという点では何も新しいものはない。画面を90度傾けると画像も90度変わってしまう機能もついた。これとて、加速度センサで重力加速度を検出しさえすれば実現できることは容易に想像がつく。新しい技術ではない。昔からある。

 

ところが技術者ではない消費者や一般のビジネスマンから見ると、全く新しいテクノロジーを導入した携帯電話が登場したと思った。私はこんな楽しい携帯電話なら欲しい、と即座に思った。全く新しい画期的な技術は何もないiPhoneに、なぜ魅力を感じたのか。楽しさを表現しているからだ。これを最近では、ユーザーエクスペリエンスと呼ぶ。

 

日本のエレクトロニクス産業がダメなのは、新しい原理で動作する材料やデバイス、トランジスタ、半導体、部品などを「技術」と呼んでおり、ユーザーエクスペリエンスを新しい機能だと考えなかった点ではないだろうか。性能は、動作速度が速く、消費電力が低い、という能力を追求するが、それをテクノロジーだと錯覚していた。しかも、長い間、このことに気が付かなかった。今でも気が付かずに性能追求に一生懸命になってテクノロジーを開発しているエンジニアはいる。実は国家プロジェクトがそうだった。高性能・低消費電力・高集積・微細化、これらを先端技術だと錯覚していた。国家プロジェクトが失敗した要因の一つともいえる。


続く

非技術系の「テクノロジー」に違和感

(2015年5月 7日 22:12)

最近、ITなどで使われているテクノロジーという言葉に違和感を抱く。技術的に高度な難しさを克服して実現した技術ではないことにさえ、安易にテクノロジーという言葉が使われている。元エンジニアだった私には異質な言葉だと感じてしまうため、このテクノロジーという言葉の違和感について、ある外資系半導体メーカーの方に聞いてみた。彼は、「そういわれてみればそうですね。スマートフォンやウェアラブル端末などのガジェットをテクノロジーと呼んでいるケースが多いですね」と同意してくれた。

 

Information Technology (IT) と言われている分野は、エンジニアから見ると、コンピュータを使ったサービスとしか見えない。ここにはテクノロジーがあるとは思えない」と言っている元エンジニアの記者もいる。彼はインターネットでさえテクノロジーではないと言い切る。今、IT4大トレンドと言われるものは、クラウド、ビッグデータ、モバイル、ソーシャル、である。これらはテクノロジーと呼ぶよりもサービスと呼ぶ方がふさわしい。

 

クラウドコンピュータは、端末のコンピュータで処理・保存するのではなくクラウドコンピュータでハンドリングする。ビッグデータはさまざまなデータを集め、意味のある相関を探したり、解析したりして、結果を生み出すためのツールとなる。もちろん、クラウド同様、サービスとして利用する。

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モバイルはスマホなどを利用して検索や、ゲームなど、何らかのサービスを享受するためのガジェットである。ソーシャルは、facebookLINETwitterなど、仲間同士での情報共有や検索などに有力な手段となる。やはりサービスである。

 

また、「スマートニュース」が分類している「テクノロジー」というジャンルでは、スマホやウェアラブルのような、単なるガジェットのニュースばかりで、そこに使われている最新技術に関してはほとんど触れられていない。また、Yahooニュースの分類には、「IT」と「科学」しかなく、テクノロジーはない。ITにはガジェットの話が多く、「科学」には身の回りと宇宙の話題が多い。やはりテクノロジーではない。

 

テクノロジーとは、これらのITシステムやスマホなどの端末を動かすために必要なハードウエアとソフトウエアであるといえそうだ。もちろん、その範囲はITから電力システムや自動車技術にまで及ぶ。インテルのチップや、ザイリンクスのFPGAField Programmable  Gate Array)、クアルコムのモデムチップ、アナログデバイセズのMEMSMechanical-Electrical Manufacturing System)チップや電子部品などのハードに加え、OSOperating System)やミドルウェア、アプリケーションなどのソフトウエアを使って、汎用ハードウエア(コンピュータともいう)を動かす概念をテクノロジーとエンジニアは呼んでいる。

 

iPhoneが最初に登場した時、日本のエンジニアは何も新しい技術はない、と即座に切り捨てた。確かに全く新しい部品や半導体のテクノロジーはなかった。ここにエンジニアが考えるテクノロジーと、非技術系人間が考えるテクノロジーとは違いがある。

 

例えば、ソニーが1980年代に片手で持ち運びのできる『ハンディカム』を開発した時、独自の技術を開発することで実現した。CCDイメージセンサ、リチウムイオン電池、高密度実装技術、2インチの液晶ディスプレイ、などこれまでになかった技術が多かった。イメージセンサは長年、真空管式の撮像管が主流で、なかなか実用化できずに、学会を賑やかにさせていた。今はCMOSセンサが主流だったが、当時もCMOSセンサはあったがCCDセンサの方が光学特性で当時は優れていた。リチウムイオン電池の実用化も難しかった。小型部品の表面実装と多層配線基板技術の開発によって、さまざまな部品や半導体を小さなプリント基板に搭載できた。ソニーのハンディカムはまさに技術の結晶であった。

 

これに比べ、iPhoneを実現する上で新たに開発した技術は何か。2本指のタッチセンサだけであろう。タッチセンサそのものは決して新しくはないが、2本指で、しかもページをめくるような操作で写真や画像を見せたり、次の拡大、縮小するような動作でそれらを表したりした。技術的には、X軸とY軸方向に電子的にスキャンしており、そのスキャン速度で指の動きを検出したことが新しい。さらにその動きに意味を持たせたアルゴリズムを開発したことも新しい。

 

縦の画像を横にすると画像の向きも変えてくれる操作は、加速度センサで実現した。地球上では常に鉛直方向に重力加速度が働くため、加速度センサが重力を検知するのである。しかし、加速度センサはすでにクルマのエアバッグに使われていた。iPhoneの登場と同じころ、任天堂のゲーム機「Wii」にも加速度センサが使われていた。新しいテクノロジーでは決してない。

 

新しいテクノロジーは、おそらくアプリケーションプロセッサかもしれない。ブラウジングや検索するのにマイクロプロセッサの演算能力を大きく向上させた。またアニメやゲームを表現するグラフィックス演算も活用した。こういった演算機能は、消費電力を上げないことが必須条件だった。インテルのチップではなく、アームのCPU回路やイマジネーションテクノロジーズのグラフィックス回路が使われたのはこのためだ。インテルチップが性能を追求してきたのに対して、アームのCPUやイマジネーションのグラフィックス回路では性能はそこそこでかまわないが、消費電力の削減が絶対条件であった。このためアームなどは消費電力を下げる、もしくは上げずに性能を上げてきた。これが今のスマートフォンや少し前の携帯電話の要求にぴったりと一致した。消費電力の削減で電池を長持ちさせるためだ。だから、クアルコムのスナップドラゴンやメディアテックのプロセッサにアームのCPU回路が使われているのである。しかし、全く新しいアーキテクチャではない。ノイマン型コンピュータの域を出ない。

 

だからと言って、エンジニアの方がエライというつもりはない。むしろ、エンジニアはテクノロジーにこだわり、本当に売れるモノ、消費者の求めるモノを理解できなかった。もう、今の時代はテクノロジーよりもユーザーエクスペリエンスの時代に入ってきている。エンジニアが理解すべきは、テクノロジーではなく、ユーザーエクスペリエンスだ。このことについては、次回のブログで語ろう。

 

                                                      (2015/05/07)

なぜMEMSでも日本は弱いのか

(2015年4月28日 23:06)

421~22日、東京・両国でMEMS Technology Forum 2015が開かれた。その中で、なぜ日本はMEMSが弱いのか、という議論が語られた。その中で大学の先生が、三つの理由を挙げられていた;(1)バルクMEMSに固執しすぎ、(2)国との連携が不十分、(3)投資やビジネスでのディシジョンが遅い、という3点だ。この内、(1)と(2)に関しては同意できない。なぜか。

 

(1)は技術的な手法に関する問題であり、だからと言って日本が技術に弱い訳ではない。技術的には日本が優れている点は極めて多い。つまり、研究開発のフェーズでは日本の技術は劣っていない。しかし、ビジネスが世界から見て遅れている。

 

(2)は、国と連携すればビジネス的に強くなれる、と言っているようなものだ。これは全く違う。国家プロジェクトをたくさん作って、日本の半導体産業がますます弱体化してきた歴史があるではないか。国に頼るようなビジネスマインドでは世界とは戦えないのである。

 

(3)の経営判断が遅い、という点では全くその通りだが、この点は外国の方から言われたという。

 

つまり、以上のことから、大学の先生方は市場経済ビジネスを本当に理解しているのだろうか、と首をひねりたくなる。日本の国家プロジェクトに頼る体質と、かつて米国が連邦政府に頼って失敗した初期のSEMATECHプロジェクトとは共通する。市場経済は、企業が自分の判断で、責任を持ってビジネスを遂行するものだ。誰かに頼るとか、誰かのせいにするものではない。市場があるかどうか、自分でコストをかけて調査し、判断するものである上、市場が求めているアイデアを具現化し、製品化するのが基本だろう。

 

日本の大手半導体メーカーがMEMS市場に出遅れたのは、市場をきちんと把握しなかったからである。このためIoTInternet of Things)をベースとするセンサ革命の大きなトレンドを逃がそうとしている。MEMSに対しては、深いシリコンエッチングやメッキなどでシリコンLSIのクリーンなプロセスを汚したくない、という生産技術者の声もかつて聞いた。これは技術者が強く、技術を最重要視し市場を無視してきた態度であるといえる。つまり、MEMSプロセスがLSIプロセスを汚さないようにする方法を技術者が考えるという前向きの態度にならなかった。

 

これまでのMEMSビジネスは、インクジェットプリンタのヘッド(MEMS技術で作った微細な穴からインクを押し出す)や、テキサスインスツルメンツ(TI)が大成功を収めたDLPディスプレイ(DMD(デジタルミラーデバイス)のミラー部分をMEMS技術で作った投射型ディスプレイ)、自動車エアバッグ用の加速度センサ(微細なカンチレバー構造をMEMS技術で作る)、その他工業用のMEMSの圧力センサなどが主なMEMS製品だった。このため、プリンタビジネスに強いHPやエプソン、TIなどがMEMS市場のトップを占めていた。

 

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ところが、MEMS市場は、スマートフォンに加速度センサが導入されてから一変した。スマホの画面を縦から横にすると画像も一緒に動いてくれるが、これはMEMSによる加速度センサが地面に対して垂直方向の重力加速度を検出することを利用している。スマホに導入されると、1台にたとえ1個のMEMSが使われたとしても年間で数億個の生産が求められる。つまりコストダウンが強く求められ、特にSTマイクロエレクトロニクスなどはこの要求に応え、スマホに載せることができ、2013年の世界市場をボッシュと並んでナンバーワンの地位を獲得した。日本の半導体産業は、この動きについて行けていない。

 

MEMS技術によって安価なセンサができるようになると世界はどう変わるか。これまで価格の高い工業用のセンサも安価にできるようになると、これまで巨大な装置に3個しか搭載できなかったセンサを30個搭載できるようになる。工業機械に大量のセンサを付けられるようになると、ダウンタイムゼロの機械を運転できるようになる。これがGEの提唱するIndustrial Internetである。機械が故障する前にMEMSセンサで機械の異常を発見できるため予防保守(preventive maintenance)が可能になる。そうすると、例えば風力発電のタービンに多数のセンサを付けておき予防保守ができれば、何kW発電するたびに料金をもらうというビジネスモデルが可能になり、売りっぱなしの製品ではなくサービス込みのビジネスができるようになる。

 

だから今、センサ革命が始まった、と言われるゆえんである。残念ながら、日本の半導体大手はセンサ革命の認識さえなかった。しかし、希望はある。中堅の半導体企業である新日本無線(NJR)は1年数ヵ月の間にMEMSマイクロフォンを2億個生産し出荷した。もちろん、用途はスマホである。現在のスマホにはMEMSマイクが1台に3個程度入っている。スマホにはクラウドベースの音声認識機能がある。認識率を上げるためには周囲のノイズを打ち消す機能は必須だ。マイクを2個使い、周囲の騒音を二つのマイクで拾い、その内の一つのノイズを180度位相反転させるとノイズを打ち消せる。あるいは複数のマイクからのノイズを打ち消すためのアルゴリズムを開発している企業もある。

                                             

MEMS技術は、市場を見ながら開発していれば、ビジネスを成長させることができる。MEMSとそのセンサ信号から意味を抽出するアルゴリズム、そして楽しいユーザーエクスペリエンスと組み合わせると、面白いことができそうだ。これに音楽や楽器、映像などを載せるデバイスは、きっと楽しいユーザーエクスペリエンスを実現するだろう。このためにはソフト、ハード、サービス、ビジネスモデルなどの各得意なところとコラボレーションすることになる。仲間探しは極めて重要だ。アルゴリズムの得意な企業、IT系のユーザインタフェースに長けた企業など、これまでのハードだけのモノづくり産業の外にいる企業を見つけなければならない。セミナー、コンファレンス、講師との会話などなど、コラボの手がかりにコストをかけることを理解できる上司を説得する「粘り」も必要となる。とにかく、若手が外に出て、IT系の人たちと話せる環境を自ら作り出す努力が必要であろう。

                                              (2015/4/28)

シリコンバレーは世界一差別のない所

(2015年3月 1日 20:24)

シリコンバレーでは男女差別がない。国籍による差別もない。米国は差別をなくすことに非常な努力をしてきた国だが、東海岸の企業や欧州の企業はまだそこまで行かない。しかし、シリコンバレーは全く平等なところだ。差別をしていては競争に負けるからだ。

 

これは、シリコンバレーの新聞、サンノゼマーキュリーニュース紙の記者を20年経験した後、シリコンバレーのコンサルタント会社、シリコンバレーリーダーシップグループ(SVL Group)で、コミュニケーションズ担当VPのスティーブ・ライト氏がその調査について発表したもの。シリコンバレーでハイテク企業を動かすCEOにアンケート調査した。それによると、シリコンバレーのハイテク企業で働くアメリカ人と、非アメリカ人の割合は、ほぼ半々、むしろ非アメリカ人の方が少し多い()。グーグルの創業者の一人、セルゲイ・ブリン氏はロシア出身、インテルの元社長アンドリュー・グローブ氏はハンガリーからの移民である。

 

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図 シリコンバレーで働く外国人や女性は多い 出典:SVL Groupのデータを元に津田建二が作成

 

また、女性と男性の割合についても、女性の方がわずか多い。1999年から2005年までヒューレット・パッカード社の社長を勤めたのはカーリー・フィオリーナ氏だったし、ヤフーの現在社長はメリッサ・マイヤー氏だ。

 

シリコンバレー以外の企業でも、優秀な外国人や女性を確保しようとする企業は増えている。例えば欧州では、シーメンスから独立したインフィニオン・テクノロジーズ社のミュンヘン本社に働く外国人は多い。そこでは50数カ国からの人々が働いていると簡単に言う。英国のエディンバラ大学を訪問した時も、世界中から人々が留学し、何百人も研究者や教師として働いていると聞いた。アームやイマジネーションテクノロジーズでも数十カ国からきていると聞かされた。外国人と一緒に働くことは当たり前なのだ。

 

加えて、人を大事にする企業風土がインフィニオンにはあり、その究極は家族である。小学校入学前の子供を預かる保育所と幼稚園が本社敷地内にある。優秀な社員の子供がいずれインフィニオンに入って欲しいという経営判断からきているという。この「魅力ある人材育成」のために女性の管理職を増やす計画もある。現在、ワーカーを除くホワイトカラー社員の25%が女性で、その内の管理職は12%しかまだいない。これを2020年までに20%に増やそうとしている。そのために働く環境を充実させ、子供のケアが重要だとしている。

 

シリコンバレー以外の地域や国では、外国人や男女の差別をなくし、優秀ならば国籍や性別は無関係にしようと思う気持ちは強い。優秀な人が辞めると、その人と同等以上の力のある人を採用することが極めて難しいからだ。だから今は、簡単には首を切らない。現実に即戦力となる人を一人採用するためにかかるコストは300~400万円と言われている。リクルーティングのための仲介企業へのコストや、ヘッドハンティングなどのコストは実に高い。

 

だからこそ、優秀な人が辞めないように福利厚生に投資することは常識となっている。グーグルやアップルは24時間、社内のカフェテリアをオープンしており、しかも社員は全員無料だということは、有名な話だ。リニアテクノロジーのボブ・スワンソン会長は、私とのインタビューで「優秀な人間を見つけ、その場所を離れたくないというのであれば、本人の住んでいる場所をデザインセンターにする」と答えている。この方針は、ライバル会社でも採用するようになってきた。他のアナログ半導体メーカーでも同様なことを2年後に聞かされた。優秀な人間ならば国内外、男女を問わない。その理由をスワンソン氏は「優秀なアナログ技術者の採用は、いつも大変苦労する。絶えず大学と掛け合うことが多く、労力を費やすからだ」と述べている。同氏は、リーマンショックの時には一人もクビにしなかった、と胸を張って自慢する。

 

外国企業に引き換え、日本は本当に、差別の多い国だと思う。日本の企業や団体では外国人の比率は極めて低い。1%にも及ばない。学会や講演会に出席してもほとんどが日本人、それも男性ばかりである。女性は1割に満たない。ましてや外国人はほぼゼロである。国際化、グローバル化とは名ばかりだ。外国人が家を借りる場合、差別や偏見も多いと言われている。この現状に対して、企業や団体などの努力が見られない。外国人採用の条件が、ただ日本語を話せることになっているという現状は、能力開発にならない。

 

かつて、外国人を採用した日本企業では、外国人に翻訳や通訳をさせていた。その人の持つ能力を活かそうとは考えていなかった。このため、日本企業を止めていった外国人は多かった。

 

政府が女性の地位向上と称して「男女共同参画プロジェクト」を推進していても、誰も責任もってこのプロジェクトを管理、進行させていない。こう書くと、男女共同参画プロジェクト」の責任者はいる、と政府は言うだろう。では、社会で女性の責任ある地位が増えていなければ、命を賭けて責任をとっているか。指導者の責任とは、強いリーダーシップを与えられ、成功に導くための道筋を描き、実行したうえで、部下を一つの方向に導くことを指す。これができていなければ責任を果たしているとは言えない。もちろん、目標を達成していなければ、そのやり方が間違っていたわけだからリーダーを辞めなければならない。どう見ても責任者は不在だ。だから日本で女性や外国人の地位は上がらない。プロジェクトを推進する以上、責任を持って結果を出してほしい。

(2015/3/1)

アップルは電気自動車を作るのか

(2015年3月 1日 10:46)

アメリカでは、アップルがクルマを作るのではないか、といううわさで持ちきりだ。先週、Wall Street JournalBloombergなどのメディアがアップルいよいよクルマ(電気自動車EV)を作るという話を伝えている。本当だろうか。

 

アップルが正式に発表するまで、様々なブロガーやメディアは憶測を流すのはこれまでの常識だ。219日の日経産業新聞はWall Street Journalを引用し、「米アップルが電気自動車(EV)の開発を進めていることが欧米メディアの報道で明らかになった」という書き出しで記事を飾っている。しかも、記事中にはご丁寧に、プロジェクト名は「タイタン」、受託製造工場は「マグナ・ステイヤー」社という最もらしさまでついている。

 

グーグルが、自動運転のグーグルカーを設計・製造していることはすでに知られている。しかも自動運転車で世界をリードしているかのように報道されている。グーグルだけではない。

--続く