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2018年7月31日 (火)

スカイアクティブX

 IEEEがガソリンエンジンの特集を8月号で行う。それはマツダのスカイアクティブXである。

 2019年後半に発売予定のSPCCI(Spark Controlled Compression Ignition)エンジンをマツダはスカイアクティブXと呼ぶ。そして、IEEEは1970年代後半から搭乗した電子制御エンジン時代で最高のエンジンと称賛している。

 スカイアクティブXと名付けたのは、今回開発したエンジンがガソリンエンジンのスパーク点火とディーゼルエンジンの圧縮着火技術の交差点という理由だからである。SPCCIの仕組みを理解するには、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、そしてHCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)エンジンという3種類の点火方式の違いを理解しなければならない。SPCCIの目標は燃費を良くするため超希薄混合気での燃焼が必要なので、自発的に爆発するほどの圧力で混合気を圧縮し続ける。そのため、ディーゼルエンジンのように、最初に空気だけを燃焼室で圧縮し次いで燃料を噴射する。圧縮点火が始まった後に、更にスパークプラグによる点火を行う。SPCCIでは圧縮比が約16:1となり、通常のガソリンエンジンより高く、ディーゼルより若干低い。他社のHCCIでは、圧縮点火とスパーク点火の切替のタイムラグが問題となっている。しかし、SPCCIではその問題は一切ない。

 スカイアクティブXはGよりも10〜30%のトルクと20〜30%の燃費を向上させる。また、マツダは一般的なEVが給電を火力発電ベースで行うなら、トータルでのCO2排出量はスカイアクティブXの方が少ないと主張している。

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2018年7月30日 (月)

オーストラリアの電子カルテの行方

 オーストラリア政府は、2470万国民の病歴の電子カルテを製作する予定でいた。この電子カルテは死亡後も30年保存し、死亡日が未確認の場合は出世後130年保存するというものである。

 そして、この電子カルテはオーストラリアの一般開業医、薬局組合、ヘルスケア病院協会が使えるもので、政府とこれらの団体は電子カルテの利点をこれまで国民に宣伝してきた。ところが、600万人もの国民が電子カルテに反対する嘆願書を出してきたのである。

 なぜなら、電子カルテ構築に際し、プライバシー擁護家、保健従事者、さらに政府のデジタル関係機関に勤めていた元ディレクターでさえ、セキュリティとプライバシーのリスクがあると主張しているからである。例えば、警察は裁判所の許可なしに電子カルテを照会可能なシステムになっているのである。また、税務署も電子カルテを閲覧することができる。さらには、第三者による二次アクセスも認めており、オーストラリアの人権委員会は患者情報を危険にさらす可能性があると警告しているのである。政府はこの開発にこれまで20億オーストラリア・ドルをかけてきたので、今更辞めるわけに行かない。

 それで政府の出した進め方は、希望者は電子カルテを作らないオプト・アウト方式である。専門家が指摘するセキュリティやプライバシーのリスク回避も改善する必要があるだろう。

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2018年7月29日 (日)

BMIの応用例

BMI(Brain Machine Interface)の応用として、思うだけでロボットが手助けしてくれるシステムが日本のATRで研究されている。手助けしてくれるのは、ロボットのもう一本の手である。

 例えば、両手で作業しているときもう一本手があると助かる状況で、ロボットアームが助けてくれるシステムである。BMIの応用なので、作業者は思うだけで良い。

 研究しているのはATRの西尾主任研究員とペナロザ研究員である。彼らは、脳と機械が協力してマルチタスクを行えば、更に人間の能力が向上することを狙って研究している。これを実現するため、西尾博士とペナロザ博士は、異なる行動に関連する脳の電気信号を読取るアルゴリズムを開発し、人が何らかの作業を行うときに生成するパターンの認識に成功した。脳波の読取りは、頭皮に配置された非侵襲の電極を用いている。そして、成果を確認するため15人の健常な被験者で確認を行った結果、全員にマルチタスクの実行による作業の時間短縮が見られたのである。

 ある作業に集中しているときにも、もう一本のロボットアームを使うとマルチタスクが行えることを彼らは示した。次の試み障害を持つ方への応用だそうだ。

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2018年7月28日 (土)

宇宙ステーション対応の2機種

 NASAスペースシャトルを商用ベースで引き継ぐところは現在2社である。それはボーイングとスペースXである。

 ボーイングはCST-100スターライナーで、スペースXはクルー・ドラゴンを準備している。NASAが両社と交わした飛行試験費用は68億ドルといわれている。

 この飛行試験をボーイングは軌道いる飛行試験を呼び、スペースXはデモ1フライト・テストと名付けた。どちらのテストも同じ目標を共有している。すなわち、宇宙船が軌道に乗り、宇宙ステーションで自動ドッキングを行い、地球上に安全に乗務員を帰すということである。どちらの宇宙船も7人乗りで、宇宙服の色はボーイングが青、スペースXが白黒を予定している。スターライナーは2002年以降80回の飛行を成功しており、スペースXも2010年以来60回成功している。同じ目的のために造られた両機でも、若干の違いはある。例えば、スターライナーの窓は2つで、スペースXは3つある。

 特に、地球への着陸時の違いは大きい。両機とも降下にはパラシュートを使うものの、スターライナーはエアバッグシステムで地面への着陸を目指し、クルー・ドラゴンは海上への水上着陸を前提としている。

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2018年7月27日 (金)

2018年前半のアメリカIT企業の景況感

 IEEE Spectrum では各企業の雇用状況も伝えている。アメリカの会社は、日本の会社のように新卒を一斉雇用という慣習がないので、その時点の雇用状況が会社の景況を示すことになる。

 最近の目立った傾向としては、アマゾン、ウォールマート、ペイパルの雇用である。分野は電子商取引と人工知能だ。

 アマゾンは、クラウドコンピューティングと機械学習の経験を持つ3000人のエンジニア雇用を4月に発表した。更に、ボストン地区で別に2000人の雇用を追加発表している。6月、ウォールマートは機械学習技術者を2000人雇用すると発表し、7月、ペイパルはインドで600人のエンジニアを雇用するアナウンスを行った。Nvidiaは6月に新しい研究所をトロントに開設し、ディープラーニング研究者を年末までに雇用する。これらの企業に対し、ヒューレット・パッカードのパソコンとプリンタ部門は今後2年で5000人を解雇すると発表し、テスラも3000人の解雇を計画している。IBMもM&Aの結果従業員となった人員を中心に削減計画を立てている。

 ウーバーも自家用事業者を整理中で、それは自動運転テストの中止に関係なくもなさそうだ。インテルもシリコンバレーでの解雇を計画している。

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2018年7月26日 (木)

量産車登場100周年

 自動車の歴史は100年を超える。しかし、初の量産モデル、T型フォードの生産開始が1908年なので、今年が自動車の量産車の100年目ということになる。

 1908年、ヘンリー・フォードが自動車業界に参入して10年となっていた。参入5年で利益を上げ始め、当時は1906年に発表したモデルKとモデルNが主力だった。

 1908年8月12日、デトロイトのピケットアベニュー工場で最初のモデルTが組み立てられた。そして、10月1日から発売を開始した。4気筒の水冷エンジンは20馬力を発し、最高速度72km/hを誇った。価格は易く、1909年825ドルのモデルが継続的な改良により、1925年には260ドルにまで引き下げられたのである。これは当時の平均的な労働者の給料約2カ月半に相当する価格で、現在の水準と比べれば格安だったといえる。ちなみに、現在のアメリカでの平均新車価格は3万4千ドルであり、平均給料10カ月分である。1913年、ハイランドパーク工場に移動式組立ラインが導入され、1914年、1000台/日もの生産量が可能となった。ヘンリーは作業員の給料を上げ、かつ労働時間は1日8時間に短縮した。モデルTは順調に売れ続け、1908年全米15%シェアが、1923年57%にまで伸びた。同年5月、生産終了までに1500万台ものモデルTが売れたのである。モデルTはアメリカ以外でも、カナダ、イギリス、ドイツ、フランス、スペイン、ベルギー、ノルウェー、メキシコ、ブラジル、日本で生産され、世界初のグローバルカーといえる。

 これほど売れたT型フォードは歴史上のベストセラーにはなれなかった。ナンバー1はヒットラーが仕様を決め、フェルディナンド・ポルシェに設計を命じたフォルクスワーゲンのビートルなのである。

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2018年7月25日 (水)

巨大ロボットの一例

 巨大ロボットというとガンダムのようなものを想像しがちだ。しかし、現実に利用されている巨大ロボットは、自律的に移動する列車といえる。

 具体的なロボット列車とは、オーストラリアの砂漠で280kmにも渡る鉄鉱石を輸送した自律運転列車である。やってみたのは、リオティント鉱業グループだ。

 同グループは過去7年間に、鉄鉱石輸送に10億ドルも費やしていた。そこで、各交差点にカメラを追加して列車のルートに沿ってインフラを整備し、2017年から自律モードでの列車運転を始めたのである。1500km離れたパースのオペレーションセンターからの遠隔でモニタリングし、最近では運転自体は無人でのロボット走行を行っている。グループの期待は、ネットワーク全体のバラツキの低減と輸送スピードの向上で、人による操作以上の安全性と生産性の大幅な向上を実現することである。

 ただし、この自動化にかかった費用は9憶4千万ドルで、人件費の方が遥かに安価といえる。開発運用コストの面で列車の自動運転化は難しい。

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2018年7月24日 (火)

有機化合物を使った新フロー電池

 太陽電池や風力発電にすれば、クリーンなエネルギー生成ができることはいうまでもない。しかし、晴天以外や凪の時があるので、蓄電池(バッテリー)は欠かせないのである。

 エネルギー供給用のバッテリーとしては、液体を用いたフロー電池が最も適している。最近、ハーバード大学長寿命分子を使った新しいバッテリーが研究された。

 従来のフロー電池はバナジウムをベースとしており、その欠点は寿命が短いことである。ハーバードの研究者はこのバナジウムを有機分子材料に置き換えることを考えたのである。彼らは有機分子の一種キノンを使った天然化合物を使ってみた。有機分子を使う考え方は、光合成や呼吸等の生物学的プロセスに使われることをヒントにしたそうだ。すると、100回の充放電で10%の減少に留まったのである。これをベースにすると、1日あたり0.01%未満、1年で3%減少するフロー電池の実現が可能となり、数万回の充放電に耐えうるものができることになる。今後の研究で、フロー電池の有機分子がどのような化学反応によって消滅するのかを研究する予定で、これがわかれば更に良い有機分子を再設計することができる。

 有機化合物は数百万もの組み合わせが可能なので、必ずもっと効率の良い材料が見つかると研究者は確信している。これに対し、従来の従来のバナジウム電池は元素から作られており、これを改善することは研究されていない。

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2018年7月23日 (月)

ダイムラーとボッシュの自動運転サービス

 ダイムラーとボッシュが、来年テキサスで自動運転によるタクシーサービスを開始すると発表された。使用する車種は未発表である。

 環境センシングはNvidiaのシステムを使うと報道されている。ダイムラーとボッシュの自動運転のため、NvidiaそのものではなくボッシュのシステムにNvidiaのコンポーネントを装備したものと思われる。

 当初は完全な無人の自動運転ではなく、バックアップドライバが同席しての運用になるとのこと。現時点ではそれ以外の情報はなく、どのようなレーダーやライダーを搭載するのかは未発表である。量産に使えるライダーなのか、それともウェイモのようにルーフにベロダインを搭載するのかが興味あるところである。ウェイモが昨年末にバックアップドライバが同乗しない無人の自動運転サービスを試行し始め、GMクルーズは来年にはバックアップドライバを不要にすると発表している。

 自動運転サービスは、ウェイモのバンドワゴン効果が発揮されている。しかし、ダイムラーとボッシュはバックアップドライバの同乗を前提とするのは万全の安全性を考えてのことだろう。

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2018年7月22日 (日)

バラハの新方式ライダー

 ライダーのベンチャーは数多い。今回はその一社、シドニーを拠点とするバラハ(Baraja)社を紹介しよう。

 バラハ社の特徴は、レーザービームのスキャンに可動機構もないし複数のレーザーも使用しない方式にある。ビームを分割する方法は、プリズムの使用である。

 これに使用するレーザービームを送信するダイオードは1個だけである。しかし、プリズムにビームを通すと、色によって屈折角が異なるため、結果として1本のビームがある角度で広がりスキャンしたようになるのである。これによって、垂直方向に30°、水平方向に92°の角度が検出範囲となる。ベロダインがやっているような360°スキャンは1個のセンサーではできないが、360°スキャンが必要なら4個使うという考え方である。このライダーで得られる画像は、100mの距離で10cmの空間解像度を誇る数百万ポイントクラウドとなる。

 プリズム入射前のレーザーの波長は1500nmであり、これが赤外領域で分解されるのである。送受信デバイスそのものの回転、ミラーの回転、MEMSの使用、フラッシュ方式に加え、バラハは第5の新方式を提案している。

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2018年7月21日 (土)

DARPAの新ロボット・プロジェクト

 DARPAはこれまでロボティクス・チャレンジで、巨大で高価なロボットを指向してきた。高い技術が必要なヒューマノイドは、汎用機能になるものの非常に高価だった。

 今年になってDARPAは新しいロボットの形態を発表した。それは小型で安価で用途を絞ったロボット開発を目指すSHRIMP(SHort-Range Independent Microrobotic Platforms)である。

 SHRIMPの目標は、自然災害や人為災害での使用に適した多機能のマイクロからミリサイズのロボット開発である。具体的な目標サイズは、1グラム未満の重さで1立方センチメートルに収まる大きさのロボットである。そのサイズで、5cm以上ジャンプができ、10グラム以上を持ち上げる機能が期待されている。その他にも、0.5~2グラムのモノを重ね積むことができ、障害物の間を移動し、80°の傾斜をのぼる機能が求められている。

 開発資金として3200万ドルが準備されている。早ければ、来年3月にコンペを実施したいらしい。

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2018年7月20日 (金)

DARPAの新軍用車両研究

 今回から通常の新技術紹介に戻ろう。先ずは、DARPAの軍用EVから。

 アメリカ国防総省先進研究プロジェクト庁DARPAでは、次世代の軍用車両研究プロジェクトを立ち上げている。これはGroud X Vehicle Technologies(GXV-T)と呼ばれている。

 従来の軍用車は、頑丈に造り攻撃への抵抗力を付けるというのが常識だった。しかし、GXV-Tでは新概念を取り入れたのである。それは、車両を武装せず軽くして生存性を向上させる、というものである。 動力はインホイールの電気モーターとし、各輪に独立して電気を供給する方式としている。これは車体にドライブシャフトやアクスルがあると、爆発物を乗り越えて損傷があると致命傷となるからである。また、不整地での走破を前提とし、各輪のサスペンションはほぼ2mもの範囲で独立して上下に稼働し、マルチモードエクストリームトラベルサスペンション(METS)システムと名付けた。METSにより険しい斜面や巨大なバンプを滑らかに走破することが可能となった。

 軍用車両の開発と聞くと物騒に感じるかも知れない。しかし、これらの技術は災害救助にも俄然力を発揮するのである。

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2018年7月19日 (木)

チップ殿堂(12)PB-100

 今やGPSと並び、全てのスマホに付いているカメラの受光素子はCMOS型である。そして、このCMOS型受光素子をものにしたのがPhotobit社である。

 Photobitを創立したエリック・フォッサムは、NASAの宇宙探索のために画像センサを開発していた。そして開発したのがCMOS型の受光素子なのである。

 1992年、JPL研究所に勤めていたエリック・フォッサムにNASAは画像センサの開発を依頼した。その目的は、より速くより良くより低消費電力で画像化する受光素子の開発である。当時の受光素子はCCDだった。CCDは明るさに応じた電荷量を転送する過程があり、そのために必要な回路やエネルギー消費が宇宙での使用に問題になっていたのである。この問題に対し、エリック・フォッサムはCMOSによる受光素子アレイを開発したのである。この方式は電荷の転送を不要とし、回路が簡素化でき消費電力を激減することができた。ところが、NASAの関係者は画像素子はCCDという信念からCMOSに関心を示さず、1995年、エリック・フォッサムは妻と同僚でベンチャーを興すことにしたのである。それがPhotobit社だった。

 1998年、Photobit最初の製品PB-159がリリースされ、翌1999年PB-100を発表した。PB-100の登場により、イメージセンサは一気にCCDからCMOSに変わったのである。君のスマホに搭載されている小型カメラは、NASAの宇宙開発の成果なのである。

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2018年7月18日 (水)

チップ殿堂(11)GPSチップ

 GPSの受信機もチップ殿堂入りしている。2004年にSTマイクロエレクトロニクス社が発表したSTA2056である。

 STマイクロエレクトロニクスはスイス本社の半導体企業で、1987年にイタリアの半導体企業とフランスのトムソンの半導体部門が合併してできた企業である。5万人以上の従業員と1兆円以上の売り上げがある大企業である。

 従来GPSの受信機というと、GPS信号を受信するチップと、その信号を処理するチップの2チップで構成されていた。STA2056は、これを1チップで実現したのである。これによりGPS受信機の小型化と低消費電力化が達成されたのである。しかも価格を大きく下げた。販売価格はわずか8ドルなのである。アルファロメオはこのチップを採用し、ベッカーは携帯端末に搭載した。この時点から、GPS受信機は独立したモジュールではなく、デバイスに組み込まれる1チップとなったのである。

 今では全部のスマホやタブレット、そして多くのノートPCにGPS機能が搭載されている。屋内でGPS永衛星が見えない環境でもWiFiがGPS情報を送信して使えるようになったのもSTA2056の功績である。

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2018年7月17日 (火)

チップ殿堂(10)SPARC

 CPU開発の歴史は、命令を複雑にしてくものだった。それは、各計算サイクルでより多くの結果を出すためである。

 これに対し、カリフォルニア大学バークレー校のCPU研究グループは、逆のことを提案していた。すなわち、命令セットを簡素化することによって各サイクルを小さくし、その結果として演算速度を上げようというものである。

 この方式は、RISC( Reduced-Instruction-Set Ccomputing)と呼ばれた。従来方式は複雑な命令セットのためComplexを頭文字とし、CISCと名付けられた。アカデミックな研究として興味深いものではあるものの、実際のCPUは存在していなかった。そこで、1984年、Sun MicrosystemsはRISC型CPUの製造販売に賭けたのである。彼らは開発を手掛けた32ビットCPUをSPARC(Scalable Processor Architecture)と呼んだ。SPARCの性能は、1秒間に1000万命令を実行し、CISCプロセッサと比べて約3倍の速さで計算を実行するものとなった。

 1987年、SUNは遂にSPARCを搭載したワークステーションSun-4を発表した。当時、直ちに市場を席巻し、10億ドルもの利益を稼いだのである。

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2018年7月16日 (月)

チップ殿堂(9)ディープ・ブルー

 ディープラーニングの話題を出したので、次は人間に勝ったことで殿堂入りしたチップを紹介しよう。IBMのディープ・ブルー2チェス・チップである。

 1997年5月11日、ディープ・ブルーはチェスの世界チャンピオン、ガルリ・カスパロフを破った。人間がコンピュータに落ちたのである。

 ディープ・ブルーの各チップには、150万個のトランジスタが配置され、チェス専用マシーンとして組み込まれた。ディープ・ブルーは、1秒間に2億手の先読みをし、対戦相手のパターンを予測するのである。1996年に第一回目の対戦が行われ、カスパロフが3勝1敗2分けで勝利した。ところが、2回目の1997年はディープ・ブルーが2勝1敗3分けで勝ったのである。カスパロフは、ディープ・ブルーを「コンピュータに似ていない」と称したとされる。

 ディープ・ブルーの勝利以来、人間に勝つコンピュータが増えている。例えば2016年、グーグルのアルファ・ゴーが世界最高の囲碁棋士リー・セドルを破っている。

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2018年7月15日 (日)

チップ殿堂(8)NV20

 2001年製NVIDIAのNV20が、今年チップ殿堂入りした。今やディープラーニングの計算になくてはならないGPUの初期モデルである。

 GPUはディープラーニングのために開発されたものではない。ゲーム用グラフィックスをよりリアルにより速く動かすために開発されたものである。

 ピクサーが製作して大ヒットしたトイストーリーは、3DCGによるアニメである。このCGはCGレンダリングしたフレームを重ねて動画にしたものである。リアルタイムで動いていた訳ではない。1970年代にビデオゲームが登場して以来、より速く動きよりリアルなグラフィックスが要求されるようになった。そして、それを可能にした最初のGPUがNV20といえる。NV20の開発は、1998年に始まった。NVIDIAはこれまでのアーキテクチャを変更することにした。まず、128ビットのメモリデータを4つの32ビットに分割し、メモリからデータを効率的にフェッチするプロセスを作成した。また、3Dシーン内のどのピクセルが他のオブジェクトによって隠されるかを予測し、処理能力を節約するために不要なピクセルデータをワーキングメモリから投げ出すことができるシステムも採用した。これら新機能を実現するため、150nmのチップ製造に切り替えたのである。

 NV20はマイクロソフトのXboxに採用され、世界的なヒットとなった。ちなみに、NV20の開発チームは、誰もゲームをする時間がないという理由でXboxでプレイしたことはないそうだ。

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2018年7月14日 (土)

チップ殿堂(7)東芝フラッシュメモリ

 日本が開発したチップで殿堂入りを果たしたのが、東芝のナンド・フラッシュメモリである。発明者は、舛岡富士雄氏である。

 舛岡氏は東芝入社後、自ら発明したメモリを売り込むため営業職に志願した。彼が営業で得た成果は、性能が良くても高ければ売れないということだった。

 そこで、舛岡氏は営業職から再び開発職に戻り、性能よりも需要に合った機能を持つメモリを低コストで作ることにした。それが、記憶情報を1ビット毎に消すのではなく、一括消去するというフラッシュメモリであった。これによりメモリとしての性能は落ちるものの、コストは1/4以下になるのである。1989年、このフラッシュメモリは製品化し大成功を収めた。しかし、東芝は舛岡氏を冷遇し、研究を続けたかった氏は退職して母校、東北大学の教授となり研究を続けた。

 東芝はその後サムスン電子にフラッシュメモリの技術を供与し、フラッシュメモリの分野でサムスン電子に抜かれることになる。現在75歳の舛岡氏は、日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社の最高技術責任者として、今も3次元構造のトランジスタの研究開発を行っている。

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2018年7月13日 (金)

チップ殿堂(6)KAF-1300

 チップ殿堂に選ばれるのは、CPUだけでない。昨年度に選ばれたチップは、CPU以外にKAF-1300がある。

 コダックが1991年に開発したイメージセンサである。コダックのデジカメ初期の歴史的記念品DCS100のセンサとして使用された。

 現在は数メガピクセルのカメラは当たり前である。しかし、1990年初頭、メガピクセルはエンジニアには魔法の数であった。コダックは5インチ×7インチのサイズを印刷可能な130万ピクセルの画素を、KAF-1300で実現したのである。これを携帯型の5kgあるストレージユニットにつないだデジタルカメラDCS100に搭載した。DCS100は、プレビュー用ディスプレイ、画像のヒストグラム分析、遠隔操作用のり外し式の電池、そして画像をメール送信できるモデムを内蔵していた。すなわち、わずか2万ドルで現在のデジカメ機能を全て実現していたのである。

 KAF-1300はCCDイメージセンサの基礎となり、その後のデジカメの普及をもたらした。チップの主任設計者エリック・スティーブンス氏は、今でもイメージセンサの上級技術スタッフとして設計を続けている。

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2018年7月12日 (木)

チップ殿堂(5)68000

 4004は4ビットCPUで、その後8ビットの8008が開発され、16ビットの8086、8088とインテルの快進撃が続いた。16ビット時代のこれの対抗馬がモトローラの68000である。

 モトローラの8ビットCPU6800は、インテルの8008より洗練され好評だった。しかし、次世代の16ビットCPUには出遅れてしまった。

 そのため、8086の2倍以上のトランジスタ数68000個を搭載する16ビットCPUを開発したのである。8086は8008との互換性を考慮したため、使い方が複雑なところがあった。これに対し、68000は6800との互換性を捨て、16ビット専用設計としたため学習が用意で開発者に好まれた。IBMのPC開発者は自社のCPUよりも68000を使いたがっていたほどである。IBMPCは8088を搭載することになった。68000を搭載したのがMacintoshである。68000が最も成功した分野は組込みシステムであり、工業制御システムではインテルよりもモトローラの時代となった。

 68000は、紙と鉛筆を使って設計された最後のプロセッサーとも言われている。開発チーム内には、フローチャートや制御ロジックが書かれたコピーが配布されていたそうだ。

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2018年7月11日 (水)

チップ殿堂(4)4004

 インテル4004は、世界で初めて実用化した1チップ汎用CPUである。1971年3月にリリースされ、インテルはこのチップのおかげで、新興企業から世界的なプロセッサ企業へと成長したのである。

 4004を開発したのは、わずか4人のエンジニアである。その4人の内の一人はインテルの社員ではなく、日本の電卓会社ビジコンに勤めていた嶋正利氏である。

 プログラム制御方式の高級電卓が欲しかったビジコンは、嶋氏をインテルに派遣しCPUを共同開発することになった。嶋氏は、キーボードとプリンタなどの周辺機器とのインターフェース用に3つのチップ、データを格納する1つのチップ、プログラムコードを格納する1つのチップ、CPUを構成する2つのチップという8チップから成るシステムを提案した。これを受けて、インテルのテッド・ホフは更にチップ数を半分にする改造をお行い、スタンレー・マザーと各チップの仕様を決め生産計画を行った。しかし、彼らはチップ設計者ではなかったため、4番目のエンジニアを雇う必要があった。それが、フレデリコ・ファジンである。

 一般的に嶋正利氏が4004の論理設計を行い、フェデリコ・ファジンが物理設計を行ったといわれるのはこのためである。こうしてマイクロプロセッサの原点4004は完成した。

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2018年7月10日 (火)

チップ殿堂(3)Z80

 1974年、フェデリコ・ファジンはインテルをスピンアウトし、ザイログ社を立ち上げた。そして開発販売を始めたのが、8080上位互換のZ80である。

 Z80は8ビットのPC用CPUであり、1976年に発表された。1980年代半ばまで、PCだけでなく幅広く利用された。

 チップ殿堂で8080が選ばれずZ80が選ばれたのは面白い。8080ソフトウェアとの完全な互換性を確保し、かつ安価だったため大人気となった。当時の販売価格はわずか25USドルである。シングルチップのZ80は、PCだけでなくどんなものにも応用することができた。プリンタ、ファックス、コピー機、モデム、そして衛星まで。おそらく当時の制御が必要なスタンドアロンな電子機器の定番だったはずである。 Zilogは依然としてZ80を作成していますが、これは一部の組み込みシステムで使用されています。組込みシステムでは、今でも使われているものがあるはずである。

 さらに、Z80との互換機も他社で開発された。東芝、日立、NECといった日本の家電大手が開発したのである。

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2018年7月 9日 (月)

チップ殿堂(2)8088

 全米上位500位企業を、特集を始めた雑誌社の名を冠しフォーチュン500という。インテルをフォーチュン500に進化させたのが、8088である。

 IBM・PCの心臓となったインテル初めての16ビットCPUが8086である。これにより、諸君が今でも使っているX86アーキテクチャが確立した。

 実は、8088は先に発表された8086の廉価版である。廉価にするため、8088は外部アドレスバスを8ビットに落としている。これを量販タイプのIBM・PCに搭載したのである。IBMのエンジニアは自社のPCにモトローラ6800を搭載したかったそうだ。しかし、経営陣の判断もあり、廉価な8ビットハードウェアと完全な互換性があり、さらに高速な処理が可能な16ビットプロセッサへのスムーズな移行を実現させることにした。

 8088を搭載した最初のIBM・PCは、3000ドルのモデル5150である。このモデルが現在の全てのPCの先祖となったのだから、8086の廉価版とはいえ8088は優れていたといえる。

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2018年7月 8日 (日)

チップ殿堂(1)

 著名な功績を挙げた野球選手の殿堂入りの話題をたまに聞いたりする。自動車でも自動車殿堂がアメリカにも日本にもある。

 IEEE Spectrum はマイクロチップの殿堂を設立した。この殿堂入りを果たしたいくつかのチップを調べ、マイクロプロセッサーの初歩の勉強としよう。

 このマイクロチップ殿堂は、英語ではChip Hall of Fame という。Hall of Fame が殿堂なので常識として覚えておこう。IEEEが今年選んだ歴史的なチップは、まず、インテル4004、RCA CDP 1802マイクロプロセッサーである。この両方のチップが家庭やオフィスにコンピュータをもたららしたのである。また、 PhotobitのPB-100が選ばれ、これは無数のウェブカメラを生み出し、携帯電話にカメラを搭載するという革命を起こした。フィリップスのTDA7000レシーバーも選ばれており、どんなものにもFMラジオ機能を装備することを可能にした。そして、今日の機械学習ブームを築いたNVIDIA NV20グラフィックス・プロセッサーも選ばれている。が含まれています。

 もちろんZ80は昨年までに選ばれている。日本が創った東芝のナンド・フラッシュメモリーも既に選ばれている。

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2018年7月 7日 (土)

ハーバード大学の新最適化アルゴリズム

 最適化問題とは、与えられた条件の中で最小か最大となる状態を解析する問題である。システムと名前が付く学問では重要な問題である。

 最適化問題は精度と実行時間が重要な要素である。ハーバード大学で最近、新しい最適化問題が研究された。

 この新しいアルゴリズムを使うと、どの映画を推薦するかとか、タクシーの配送時間が劇的に短縮する可能性がある。最良の解を指数関数的に高速化するというのである。ここでの問題は、点Aから点Bまでの最速経路をマッピングするという形式である。この手の問題だと、従来は分析するデータ量に比例したステップ数で、ステップバイステップのプロセスを機能させていた。しかし、この方法だと探索が進むにつれ各ステップの相対的なゲインが小さくなり、膨大な計算コストがかかっていた。ハーバード大学のアルゴリズムでは、さまざまな方向を並行してサンプリングすることにより、最適でない方向を破棄して重要な方向だけを選択することにより計算コストを削減させたのである。

 発表時に取り上げた例としては、映画観賞やタクシー配送のような日常の問題であるものの、今後は新薬の特定や薬物相互作用の発見に取組む予定である。最適化アルゴリズムの応用先は広い。

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2018年7月 6日 (金)

中国の原子力発電

 東芝が買収したアメリカのウェスティングハウスは、第三世代と呼べる新しい加圧水型原子炉AP1000を開発した。このAP1000が中国で稼働し始めたのである。

 これまで、数10年にわたる工事を続け、中国でのAP1000は欠陥や遅延、コスト超過、開発中の犠牲を乗り越えてやっと完成した。設計はアメリカで行われ、建設稼働は中国の三門で6月30日から電力を供給し始めたのである。

 AP1000は偶発的なシャットダウン時に、受動的に冷却するように設計されている。そのため、理論的には福島第一原発事故を回避できるといえる。しかし、アメリカのジョージア州とサウスカロライナ州で原子炉を持つ電力会社が破産宣告し、中国での稼働の方が早くなってしまった。アメリカでの再会はまだ先になるため、当面中国での稼働状況を見守ることになるだろう。政府筋は、アメリカの原子炉開発が遅れ、中国が先行することに脅威を感じているらしい。中国の原子炉はこれまでフランス型を採用しており、AP1000はその後継と見られている。

 中国での原子炉は3基あり、3.3GWの発電量となる。ところが、中国での太陽光発電は既に53GWにも達し、原子力発電による発電量は再生可能エネルギーに追いついていないのである。

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2018年7月 5日 (木)

進化するアシモ

 アシモはこれからも進化する。アシモを倒そうと強く押しても、こけないように制御される様子が公開された。

 もちろん、誰かがアシモをこかそうと押したり蹴ったりしたときの対策ではない。あくまで広く安定性を向上させるためである。

 ボストン・ダイナミクスが4足歩行ロボットを蹴ってこかそうとする動画が有名なように、2足歩行や4足歩行ロボットが急激な外力がかかっても安定しているところを示すには、押したり蹴ったりするのがわかり易いのである。この対策ができていると、通常歩行より進んだスキップはジャンプの安定性が増すのである。ホンダ・リサーチは、アシモが通常歩行している状態で後ろからと横から強く押した場合でも、こけずに体制を整えることができたと公開している。

 押されたときにこけないようにするには、通常歩行時よりも速く足を動かす必要がある。そのため、こけない対策が、より複雑な動きを可能にするのである。

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2018年7月 4日 (水)

分子を操作するナノテクノロジー

 ナノテクノロジーというと、ナノスケールの機械が分子を組み立てることを想像できる。実際、IBMは1990年にスキャニングプローブ顕微鏡(SPM)を使ってキセノン原子を操作した。

 原子の操作は成功しているのに、分子を動かすという話は今まで成功しなかった。そして、やっとドイツの科学者チームが、自然にはあり得ない位置に分子を込むことに成功した。

 この科学者チームが所属しているのは、ドイツのペーター・グリューンベルク研究所である。血小板状のペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)分子を、SPMを使って銀の上に縦方向に立つように配置したのである。PTCDAは通常、銀の上に横たわるようにしか組成できない。この操作に研究所では10年もの研究を要したのである。

 この研究を達成した研究者は、この成果は計り知れない可能性を持つと言っている。なぜなら、この操作で動かした分子の位置は、熱力学の法則に従っていないからである。

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2018年7月 3日 (火)

IBMのディープラーニング用チップ

 ディープラーニングには依然として謎が多い。しかし、いくつかの事項は解決し始めている。

 特に計算精度と計算量については、精度が低ければほとんど計算エネルギーを使わなくて良いことがわかっている。IBMはこの計算精度に着目したチップを開発している。

 IBMの新しいディープラーニング用のチップは、スケール精度と呼ぶ機能があり、32ビットか16ビット、または、2ビットか1ビットでのトレーニングと推論の両方を行うことができる。すなわち、32か16ビット精度でトレーニングし、2か1ビット精度で推論を行うというのである。従来のチップ・アーキテクチャでディープラーニングを行うと、リソースの20~30%しか使えなかった。しかし、トレーニングと推論でスケール精度を変えると、90%の使用に向上するそうだ。また、メモリも従来はキャッシュメモリを使用していたのに対し、今回はオンチップメモリを使ってディープラーニングのルールに特化している。

 この新しいアーキテクチャは、畳み込みニューラルネットワーク、マルチレイヤパーセプトロン、ロングターム記憶の3つのディープラーニングに適用することができる。応用としても、音声、画像、自然言語処理を想定している。

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2018年7月 2日 (月)

クライスラーのソフトウエアバグ

 IEEE Spectrum の新技術や最新トレンド紹介を再開する。今日は、クライスラーのソフトウエアの欠陥に対しる訴訟の話題。

 カリフォルニア州で、クライスラーのミニバン、パシフィカのパワートレイン・コントローラのソフトウエアに欠陥があったという集団訴訟を継続審議することが決まった。原告の主張は、クライスラーが欠陥隠蔽を図らないようにしたいとのこと。

 もちろん、クライスラー側は、原告の訴えが車の欠陥の存在を証明していないと主張していた。問題になった欠陥とは、アイドリング時や低速での旋回時に、パワートレイン・コントローラのバグにより失速してしまうというものである。裁判官は、原告が車両を購入する前に、既に失速問題があることを知っていたと判断したのである。クライスラーは提訴後、数週間後に潜在的なエンジン・ストールがあると同車のリコールを出しているのである。また、クライスラーは昨年秋に同車の失速問題を調査しており、クランクシャフト位置センサーの同期が失われとき、150ミリ秒以内に対策するソフトウェアを導入すれば良いという解決策まで講じていたのである。原告が勝つと、クライスラーだけではなくアメリカの全ての自動車メーカーに深刻な影響を与える。どういうことかというと、自動車メーカーは潜在的な安全性の問題をユーザに開示しなければならないようになるということである。

 アメリカではリコールの15%がソフトウエアに関わるものである。今後更にこの傾向は強まるものと見られている。

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2018年7月 1日 (日)

第二外国語(16)

 今まで、主要な第二外国語になりそうな言語を紹介してきた。英語に対する見方が変わったのではないだろうか。

 僕の経験では、第二外国語にドイツ語を習い、英語が簡単に思い始めた。名詞に性別はないし、格変化も単純である。

 英語が世界言語になったのは、イギリスが歴史的に活躍したからである。これに加え、英文法が他言語より簡単だったからというのもあるかも知れない。例えば、ギリシャ語は単語数が500万語あるといわれ、それに対し英語は50万語である。それに、他言語から輸入した単語が多い。Tsunamiは日本語の津波から輸入された単語である。

 われわれ日本人には、文法が違うためか英語は難しい。しかし、英語の元になったドイツ語文法は英語よりも複雑だったことを思い出し、簡単な英語をものにしよう。

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