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高周波無線、画像認識などの製品進化を促す革新的半導体を求めて
デンソーの半導体先行開発部が研究開発者の採用強化
カメラやレーザー光、ミリ波などを使って対象物を認識し、衝突を回避する。これからのクルマに求められる予防安全技術だ。将来の自動運転の核となる半導体の研究開発に自前で取り組むデンソー。半導体先行開発部の仕事を追いかけた。
(取材・文/広重隆樹 総研スタッフ/宮みゆき 撮影/早川俊昭)作成日:13.02.20
クルマの予防安全技術の根幹に半導体。あらゆる技術を“手の内に”

 2012年の交通事故死亡者数は4411人。12年連続で減少しているが、交通事故の発生率自体は依然として高い水準にある。死亡者数が減っているのは、シートベルトやエアバッグなど自動車業界における衝突安全防止技術とドライバーの意識の向上が背景にある。今後クルマの走行安全技術は、衝突後の対応から、事故を未然に防ぐ予防安全の方へ進んでいくと考えられ、将来の自動運転技術に繋がっていく。

 例えば、夜間や降雨時、霧の発生時など悪条件下でも車両周辺の障害物や歩行者を認識し、ドライバーに警報したり自動で止めたり回避するシステムなどの開発だ。ステアリングに脈拍センサを組み込んで、ドライバーの覚醒状態を感知するシステムの研究などもすでに始まっている。

 これを実現するためには人間の感覚機能に相当するセンサと、頭脳に相当するECU、さらに手足に相当するアクチュエータのいずれもが、さらに高度に進歩しなければ実現できない。

 現在の高級車にはマイクロコンピュータが80個以上、センサが100個以上も搭載されている。クルマがエレクトロニクス技術の固まりといわれるのもそのためだ。

 こうした技術の根幹にあるのが半導体だ。パソコンやスマートフォンに応用されて急速な技術革新を続ける半導体だが、車載となるとまた異なった性能や条件を満たさなければならない。クルマのことはクルマ屋が一番よく知っている。

 車載半導体をプロセスから回路設計、実装まで一貫して自社開発し、それを核として活用しているのがデンソーだ。近年はミリ波、レーザー、画像によるセンシング技術やパワー半導体の開発に力を入れる。

石原 秀昭氏
半導体先行開発部 担当部長
石原 秀昭氏

 このような予防安全システムを開発する事業部門と緊密な連携を保ちながら、より幅広く先進の半導体技術に取り組むのが、基礎研究所の部門として活動している半導体先行開発部だ。「先行」と名づけられているのは、5〜15年後をめどに実用化・量産化される半導体エレクトロニクスの研究開発がテーマだからである。

「事業部門は事業性の観点から求められる半導体デバイスの開発がメインの仕事。逆に、汎用的なものや民生品に近いものは半導体メーカーなどから購入しているものがあります。とはいえ、半導体を外から買って取り付けるだけでは、決して差別化できません。車載半導体全体を俯瞰し、先進・先端技術を蓄積し、それらを言わば“手の内”に収め、実用化までリードしていく。それが半導体先行開発部の仕事なのです」
 と言うのは、本務・兼務含めて約140名の開発者集団をリードする担当部長の石原秀昭氏だ。

 半導体先行開発部が取り組む半導体テーマは、安全技術だけでなく、制御技術、通信技術、パワーエレクトロニクス、EMC技術、モデリングなどのシミュレーション技術にも及んでいるが、今回は安全センシング技術に絞って話を聞いた。将来のクルマ社会を変える革新的な半導体はどのようにして生まれるのか。

高度なセンシング機能でクルマの安全性を向上
ECU、センサ、通信──車載半導体に必要なブレイクスルー

 山本啓史氏(マイコンIP開発室担当係長)の専門はデジタルLSIのアーキテクチャ・回路設計で、クルマの頭脳の部分の研究開発だ。現在は主に将来のクルマに載せるマイコンのアーキテクチャや、マイコンと周辺ICをつなぐチップ間通信の性能の飛躍的向上に取り組んでいる。
「マルチメディア系のマイコンは平均的な処理速度が高いことが重要だが、車載制御用のマイコンは、処理速度を上げるとともに、あるタスクが一定時間内に必ず終わるという時間保証が大事で、そのためにはアーキテクチャレベルで見直すことが不可欠です。通信についても同様で、CANなどの1Mbps程度の従来の通信速度を100Mbps超まで上げながら遅延が少なく、リアルタイム制御に適用できるようにすることが求められるようになります」

 なぜこうした「時間保護」が求められるかといえば、それはクルマの安全システムに密接に関わるからだ。業務アプリを動かすオフィスPCのCPUにも時間保護という概念はある。ただプロセスやスレッドの管理は厳密ではなく、たまに終わらない処理があっても命には関わらないから問題にはならない。ところが、車載システムの場合は、極端にいえば、それが安全を揺るがすこともありうる。
「回路設計を見直して継続的に改善を続けることも必要ですが、それだけでは越えられない壁があります。それを越えるためには全く新しいアーキテクチャを開発・設計しなければならない。それこそ半導体先行開発部が取り組むべき課題だと思います」(山本氏)

 ECUが人間の頭脳だとすれば、これまでは脳内処理の話。脳と目をつなぐ神経線維、つまり画像センサと画像認識LSIの間の有線・無線通信の信頼性向上に取り組むのは、秋田浩伸氏(通信IP開発室課長)だ。
「いま携帯電話でも高解像度の映像を見ることができるようになりました。ただし、それは速くはあるが早くはない通信です。よって動画を見ようとすると、実際に表示されるまでにかなり待たされます。車載カメラも高解像度ではありますが、それを遅れる事無く確実に送る技術。これはまだ誰も実現していない。だからこそやりがいを感じるのです」と、語る。

 例をあげると、もし画像伝送に遅れがあると、画像認識プロセッサが危険を認識しブレーキをアシストした時には既に衝突していたということも発生しうる。「表示画像は非常に綺麗ですが、ブレーキは時々間に合わない事があります」となったら、それはクルマの安全技術としては失格なのだ。通信の高速化と低遅延化の闘いは半導体技術者にとって永遠のものとも言えるが、こと走行安全では人命に関わるだけにより重要なのだと、秋田氏の研究開発は熱を帯びる。

山本 啓史氏
半導体先行開発部
マイコンIP開発室 マイコンIP開発2課
担当係長
山本 啓史氏
根塚 智裕氏
半導体先行開発部
センサIP開発室 センサIP開発1課
担当課長
根塚 智裕氏

 もう一人、今度は人間の感覚器にあたるセンサシステムの開発にあたる根塚智裕氏(センサIP開発室担当課長)に登場してもらおう。
「クルマのセンサに求められるのは死角をなくすこと。雨でも霧でも星明りでも人とか障害物を認識でき、一方で砂漠のような炎天下でもしっかり動作することが求められる。そのためには高感度で高ダイナミックレンジのイメージャや高性能なミリ波ICが最重要課題だが、センサから出てくる微小信号を外来雑音に影響されず処理するLSIの開発も重要で、両面から研究開発に取り組んでいます」(根塚氏)

 いわば見えないものを見えるようにするセンサ半導体の技術。これまでは家電、AV、PCなど民生分野の半導体技術のほうの進歩が急速で、信頼性を重視する車載半導体技術はむしろそれを追いかけた方が良いという状況があった。しかし、「これからはクルマならではの技術がブレイクスルーを牽引するようになる」と語る。

デンソーが求める高周波半導体技術者

 これまで紹介した3人とも半導体業界からの転職組。画像LSI、センサのADコンバータ、携帯通信用LSIなど専門はそれぞれ異なるが、「クルマは社会インフラの一つであり、日本の産業を支える役割はこれからも変わらない。自分が培ってきた半導体の知識をクルマでこそ活かしたい」(秋田氏)という転職動機には共通するものがある。

 半導体先行開発部では、今後も中途採用を通して民生などの他業界・他企業の技術とこれまでに蓄積してきた車載半導体技術の融合を押し進めようとしている。高周波半導体技術のクルマへの展開のケースとして、ミリ波レーダーについて考えてみよう。ミリ波は高精細画像を無線で伝送する「WirelessHD」などの規格も登場し、それに向けた研究開発が産学で活発だったが、無線LANの高性能化もあり普及には至っていない。そこで新たな活用領域として、いま最も熱い注目を集めているのは車載レーダーだ。さまざまな物体の存在を電波の反射で捉え、衝突を未然に防ぐプリクラッシュセーフティのコア技術の一つとして期待されている。

 車載レーダーの2020年の市場規模は、現在の3.5倍規模、2,700億円に達するという予測もある。市場予測は盛り上がるが、しかし現実としてミリ波レーダーの設計技術者は世の中にそう多くはいないのが現状だ。ミリ波システムのコアにある半導体は、これまでGaAsなどを使ったモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)で設計されることが多い。
「しかし、シリコンデバイスの性能が高まったいま、システムLSIの考えでミリ波チップを設計することも不可能ではない。LSI化できればコストも大きくダウンする。半導体業界のLSI設計者にとって新たな挑戦テーマの一つになると思う」と言うのは、半導体先行開発部の石川正幸担当次長だ。

 ミリ波用のアンテナ設計でも同様のことが言える。同じ高周波無線領域でも、数GHzレベルのWi-Fi、WiMAX、Bluetoothはコンピュータや移動体通信の分野に数多く設計者がいるが、より高い周波数帯を扱うミリ波アンテナ技術者は希少価値。ただ先述したようにミリ波を活用するアプリケーションとして車載レーダーの可能性は大きく拡がっている。

「ミリ波そのものの経験がなくても、Wi-Fiなどをやってきた人にとっては、全く未知の世界とは言えない。その知識は十分ここで活かせます。ミリ波にシステムLSIの視点を加えることが競争力になる」と、石川担当次長は太鼓判を押す。もちろん車載レーダーの場合、HD映画の伝送などとは桁違いに高いレベルの信頼性が要求される。だからこそ、車載ミリ波レーダーは高周波技術者にとっての新たな挑戦のフィールドということもできる。

石川 正幸氏
半導体先行開発部 担当次長
石川 正幸氏
技術資産をもとに世界で仲間づくり──半導体先行開発部のミッション

 半導体先行開発部は、デンソー基礎研究所(日進市)とデバイス事業部門(刈谷市)からそれぞれ人が出て構成されている。先端半導体に関する高度な知見は必要だが、いつも研究室にこもっているわけではなく、技術者たちには絶えず実用化への視点も求められている。こうした目配りの広さは、求められる人材要件の一つでもある。半導体先行開発部では欧州(ドイツ、オランダなど)、米国(シリコンバレー)、インドにも人を送って共同研究、技術探索を始めており、グローバルに活躍できる人も求められている。

「各開発室に“IP”の名前がついているように、単に基礎研究に終わることなく、それを技術資産として社内に蓄えることが私たちの狙い。むろんその後の過程では、自社内での量産化に進む場合もあるが、半導体メーカーなどと共同で開発・実用化するケースも出てくるでしょう。技術標準化の策定やコンソーシアムの形成などを通して国内外企業や研究機関との仲間づくりを進めることも私たちの役割。最終的には、車載半導体の革新を通して、環境負荷ゼロ社会の実現や交通事故ゼロ社会の実現に貢献したい」と、石原担当部長はビジョンを語る。

 世界の何億というクルマの安全を車載半導体エレクトロニクスが司る。その研究は、スマートフォンやコンピュータがもたらした影響度以上の社会的インパクトを持つはずだ。「その醍醐味をぜひここで味わってほしい」と、石原担当部長は半導体技術者へ呼びかけている。

半導体先行開発部 センサIP開発室 センサIP開発1課 担当課長 根塚 智裕氏

大学では3次元計測センサを研究。アナログ回路を専門とし、半導体ベンチャーでビデオ用高速ADコンバータ、産業機器向け高精度アナログIC設計などに従事。センサ開発を一から行っているところに惹かれ、2011年デンソーに転職。

半導体先行開発部 担当次長 石川 正幸氏

NTT研究所時代には、携帯電話に使われる高周波無線ICや各種通信用ICの研究開発に従事。1997年にデンソーに転職。以降ITS用システムLSI、アナログIP、次世代車載通信IP、EMC技術など幅広く技術開発に取り組む。

半導体先行開発部 担当部長 石原 秀昭氏

1982年デンソー入社。オリジナル32ビットマイクロプロセッサ、車載通信IP、アナログIP、EMC技術、システムLSI設計技術を開発し、トヨタをはじめ国内外のクルマに数多く適用して、自動車のエレクトロニクス化の伸展を支えた。また産業界のフォーラムや学会での講演活動を通じて、いろいろな提言を行ってきた。

半導体先行開発部 マイコンIP開発室 マイコンIP開発2課 担当係長 山本 啓史氏

半導体メーカーに6年間在籍。ベースバンドチップ、アプリケーションプロセッサなど携帯電話用LSI設計などを担当。部品からシステム開発まで垂直統合で開発を進める社風に惹かれ、2010年デンソーに転職。


半導体先行開発部 通信IP開発室 通信IP開発1課長 秋田 浩伸氏

大手メーカーで半導体メモリ開発、その後数々の半導体ベンチャーで無線通信、画像伝送用LSIの開発およびマーケティングに従事。2011年デンソーに転職。

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