最前線 Silicon Valleyの技術動向《IoTとセンサ&半導体の最新動向》 IoTの鍵握るセンサネットワーク年1兆個のセンサ活用社会実現へ服部コンサルティング・インターナショナル代表服部毅（本誌編集顧問）モノのインターネット（IoT）実現の鍵を握るワイヤレスセンサネットワーク（WSN）に必須となる半導体技術の全てに強みを発揮できる半導体企業は今のところ1社もなく、本格的な競争はこれからだ。年間1兆個を超えるセンサを活用する社会を創る活動がSilicon Valleyで始まり、これにより半導体の新たなビジネスチャンスが生まれようとしている。 ●IoTに欠かせないセンサの用途が急拡大向、雨量など）モニタ、自然保護、交通状況の監米国の市場調査会社Gartnerの半導体・エレクト視など多目的で使われ始めており、用途は急速にロニクス研究ディレクターのStephan Ohr氏（図1）拡大している。特に最近は、ウェアラブル端末でが、4月にSilicon Valleyで開催された技術ジャーナ収集したバイタルデータを活用したヘルスケアがリスト向け国際会議EuroAsia Press 2014（Global 注目されている。 Press Connection主催）で「モノのインターネット WSNで収集されたデータは、ゲートウェイを介（Internet of Things：IoT）におけるセンサと半導体」して、クラウドに上げられ、サーバやストレージについて講演した。に送られる。状況によっては、有線でサーバへ送 GartnerではIoTを、「通信機能を備えた様々な対られる場合もある。象物によって構成されたネットワークで、それぞ ●センサ端末は2020年に300億台突破へれの内部状態や周辺の環境を通信・対話し合える Gartnerは、世界中のワイヤレス・センサノードもの」と定義している。ここで、内部状態や周辺の設置数は、2020年までに300億台を超えると予測環境を感知するにはセンサが必須である。している。ここで、センサノードは、温度、湿度、多数のセンサを空間に散在させ、それぞれのセ力、加速度、角速度、光などの物理量を電気量ンサノード（端末）がセンシングした様々な情報を無線で効率良く採取することを可能にするワイ（電圧や電流）に変換する素子という意味の、狭義のセンサに加えて、MCU、ワイヤレス送受信回路、ヤレスセンサネットワーク（Wireless Sensor Net1）電源管理回路、その他の周辺回路、アンテナなど work：WSN）は、元々、米国で軍事目的で開発さを含むモジュールを指す（図2）。れたものだが、今では、民生用途、特に製造プロ Ohr氏は、「センサノードによるセンシングの一セス管理・電源管理、スマートグリッド、ビルデ連のルーチンは、①環境に変化が生ずるとワイヤレィング保安管理、橋梁やトンネルなどの構造応力ス・センサノードがスリープモードから立ち上が管理、農林業の土壌管理、天候（温湿度、風速風る、②情報を読み出し、増幅し、デジタル信号に変換する、③MCU アンテナ組み込みソフトがデータパターンを保存してあセンサるルックアップテーブルの情報 IoT用送信用 MCU RF と比較し判断する、④MCUはデアクチュータをアクチュエータに伝えたエータストレージり、外部へ伝送する、⑤そして消パワーマネージメント費電力節約のためWSNは再びスリープモードに戻る、の5段階だ図1 Stephan Ohr氏図2 ワイヤレス・センサノードの構成概略図 58 Electronic Journal 2014年7月号最前線表1 有力半導体企業のIoT対応能力の評価（出所：Gartner） IoTプロセッサ MPU MCU IoT センサ米Texas Instruments △△ ○ △ 米Freescale Semiconductor 企業名 IoT ワイヤレス注 ○ △△ ○ △△ × 伊仏STMicroelectronics △ △△ ○ △ 蘭NXP Semiconductors △ △△ △ △△ 米Atmel △ ○ × △△ ルネサスエレクトロニクス △ ○ × × 米Intel ○ × × △ 米Silicon Laboratories × △△ △ △ 米Qualcomm △ × × ○ 台湾MediaTek △ × × ○ 【評価】十分強い：◎（該当企業はない）、やや強い：○ まぁまぁ：△△、弱い（限定的）：△、なし：× 注：Cellular/WiFi/ BT/GPS/NFC/ ZigBeeなどが、この間の消費電力は5μW程度に抑えたい。超低消費電力のセンサや半導体チップが求められている。電源としては、太陽光、温度差、振動、電磁波などを用いた環境発電（Energy Harvesting）が望ましいが、現状では、ボタン電池よりコストがかかり過ぎる上に大き過ぎ、まだ実験段階だ」と述べた。 ●IoTに強い半導体メーカーは1社もない IoTで使われるセンサノードは、転送すべきデータサイズは小さく、伝送速度は遅くてかまわない場合が多い。しかし、消費電力は極少でなければならない。通信プロトコルも従来のものではオーバーヘッドが大き過ぎ、軽量で処理負荷が小さいプロトコルが必要だ。Gartnerの調査・評価によると、IoTに必須となる4種類の半導体技術、アプリケーションプロセッサ（MPU）、MCU、センサ、ワイヤレスの全てに強みを発揮できている半導体メーカーは世界中に1社もない（表1）。技術力が比較的充実しているのは米Texas Instruments（TI）や伊仏STMicroelectronicsだが、この両社はすでに欧米で出回っているヘルスケア用ウェアラブル・リストバンド（活動量計）にしっかり入り込んでいる（表2）。とはいえ、IoTはまだまだ黎明期にあり、半導体メーカーにとって本格的な競争はこれからだ。 ●米国が仕掛ける“センサ活用毎年1兆個計画” Silicon Valley在住で起業家のJ. Brysek氏は2012年に、毎年1兆個（現在の100倍の規模）を上回るセン Silicon Valleyの技術動向表2 ウェアラブル・ヘルスケア・リストバンド搭載の半導体仕様製品名 Jawbone Up MCU TI 製16ビット「MSP430」センサ（加速度計） Bosch製「BMA220」持続性電源管理 ── Nike+ Fuelband ・TI製16ビット「MSP430」・STMicro製32ビット「STM32L15xxC」 STMicro製「C3H」（「STM-C5L23A」、「STM-V656A」） TI製Bluetoothモジュール「CC2564-TIWI-UB2」 TI製Li-Ion Charge Controller 「BQ24040」製品外観出所：Gartner資料を基に筆者が作成サを活用する社会“Trillion Sensors Universe”という構想を抱いた。社会に膨大なセンサネットワークを張り巡らせることにより、地球規模で社会問題の解決に活用しようと、様々な安価なセンサを大量に入手可能にするためのグローバルな活動を始めた。 Trillion Sensors Universeの実現に向けて、企業や大学や研究機関も動き出した。錠剤1粒ずつにセンサを埋め込み、患者が確実に飲んだことを医師が確認する、といった類の奇想天外? な構想も実用化に向けて動き出している。Si基板上の化学センサが胃液と反応することにより発生するエネルギーで微弱電波を発生し、それを肌に貼り付けたパッチで受信するという。需要を待っていたのでは遅過ぎるので、自ら需要を創出し、産業を活性化するとともに、より良い社会の実現を目指す壮大な計画が世界規模で始まっている。もしも、センサノードが面積4mm2のASICと面積 4mm2で2枚貼り合わせのMEMSセンサでできているとすれば、それぞれ1兆個製造するのに、2億6000 万枚（200mmウェーハ換算）のSiウェーハが必要になるとGartnerは試算している。半導体デバイスの大きな市場が拓けようとしている。そして、ビジネスチャンスの好機となる新たな産業が生まれ、今までに経験したことのない新たな世界が拓けようとしている。参考文献 1）服部毅：Electronic Journal（2012.12）pp.70-71 Electronic Journal 2014年7月号 59