SEMIは、Aspinity社の創業者兼CEOであるTom Doyle氏に、携帯型IoTデバイスのバッテリーを大量消費せずに知能化するための課題について話を聞きました。Doyle氏はSEMI Technology Unites Global Summit（2021年2月15日～19日、オンライン開催）で提供されるSEMI MEMS Imaging Sensors Technology Showcase（2月18日）に登壇しますが、これに先立ち、アナログで機械学習を実行することで電力問題の解決を図るAspinityのシステムレベルでのアプローチを説明しました。このGlobal Summitは現在申し込みを受け付け中です。Aspinity他の業界をリードする専門家が皆様をお待ちしております。 SEMI：IoTデバイスにとって電力効率が重要なのはなぜですか？Doyle氏：何億というIoTデバイスが、私たちの生活や仕事を改善しています。常時オン状態で環境のデータをセンシングするこれらスマートデバイスは、従来は壁から電源をとり、データ処理をクラウドに依存していましたが、ネットワークの渋滞やプライバシー、パフォーマンスの問題から、エッジ処理への移行が必要になっています。民生用、医療用、産業用にまたがるこれらのIoTデバイスは、小型化、ポータブル化が進んでいます。それらの一部は、アクセスしにくい場所で遠隔操作される場合もあります。そこで、私たちは多くの機能を詰め込んだデバイスをバッテリー駆動する方向に進んでおり、またバッテリーを長持ちさせる必要があります。これは大変なチャレンジであり、それに応えるためには、常時オンのセンシング機能をIoTデバイスに統合するにあたり、最も電力効率の良い方法を見つける必要があります。 SEMI：低消費電力の常時オンソリューションはなぜ難しいのでしょうか。またセンサーサプライヤーはシステムの消費電力をどうすれば改善できるのでしょうか。 Doyle氏：今日の常時オンの IoT デバイスでは、すべてのセンサー・データ（アナログ）が即座に高解像度でデジタル化され、次にウェイクワード（OK Googleといったシステム起動の掛け声）が発せられたかどうか、特定の動作が行われたかどうか、または何らかの異常が発生したかどうかを判断するために分析されます。しかし、収集されたデータのほとんどはデバイスが待ち受けている情報とは無関係な、この最初に全てをデジタル化するアプローチでは、ADCとデジタルプロセッサに無関係なデータを継続的に処理させることで、バッテリーを大幅に浪費します。センサーのサプライヤーには、消費電力を削減するために考慮すべきいくつかのオプションがあります。センサーとデジタルプロセッサのサプライヤーは、バッテリー寿命の段階的な改善で十分なら、システム内の個々のコンポーネントの電力削減を続ければよいでしょう。しかし、革命的な省電力を実現するためには、総合的なシステムソリューションを検討する必要があります。根本的な問題は、システム中のデータ移動には電力がかかるということです。だからこそ、電力を節約する最も効率的な方法は、物理的な世界がデータになるシグナルチェーンの最初の段階で、できるだけ早く、実際に重要なものだけにデータ量を減らすことなのです。ダウンストリーム処理が必要なデータ量を最小限に抑えることができれば、バッテリーの寿命を最大限に延ばすことができます。 SEMI：Aspinityは、IoTデバイスのバッテリー寿命を、新しいシステム構成を導入することで伸ばそうとしています。デジタル化を最初にするアプローチとどのように異なるのでしょうか？ Doyle氏：Aspinityのソリューションは、アナログ機械学習 (analogML™) とアナログ圧縮を組み合わせたアナログ処理技術で、Reconfigurable Analog Modular Processor (RAMP) と呼んでいます。正確で超低消費電力のアナログイベント検出とシステムのウェイクアップが可能になます。RAMPを常時オンのシステムに適用すると、最初にセンサー部分でアナログ電力を少しだけ消費して、感知したデータが手元のタスクに関連するかどうかを判断してから、デジタル・システムをウェイクアップして処理を進めることができます。このアナライズ・ファースト・アーキテクチャは、重要なデータがデジタル化と分析を必要とする場合以外は、電力消費量が大きいデジタル・コンポーネントをスリープ状態に保つため、最初に全てをデジタル化するデジタイズ・ファースト・アーキテクチャと比較して、ボイスファーストのシステムなど起動がまれなデバイスでは、バッテリー寿命を数ヶ月から数年延ばすことができます。 SEMI：何か例をあげていただけますか？ Doyle氏：これがどのように機能するのか、実際の例を挙げてみましょう。スマートスピーカー、音声起動型テレビリモコン、ヒアラブルデバイスなど、ほとんどの音声起動型システムでは、音声が存在する時間は10%～20%にすぎません。しかし、これらのデバイスが伝統的に使用しているデジタイズ・ファースト・アーキテクチャは、マイクでキャプチャした音を100%デジタイズします。たとえそのほとんどが無関係でウェイクワードが含まれていなくても。対照的にRAMP ベースのアナライズ・ファースト・アーキテクチャは、デジタル・ウェイク・ワード・エンジンを起動する前に、デバイスへの音の入り口であるマイクの部分で、特徴抽出とニューラル・ネットワークを使用して、まず音に音声が含まれているかどうかを判断しますから非常に高効率です。さらに、ほとんどのウェイクワードエンジンの精度は、起動してからウェイクワードを分析するだけでなく、ウェイクワードが発せられる前の500msの音（プリロール）の分析にも依存しています。ウェイクワードエンジンのパフォーマンスを支えるために、RAMPは500ｍSのプリロールを圧縮し、わずか2kのメモリに格納して、音声データとともにウェイクワードエンジンに供給もするのです。RAMPテクノロジーを使用したこの新しいアナライズ・ファーストのアプローチは、性能と精度を犠牲にすることなく、旧来のデジタイズ・ファースト設計に比べてバッテリー寿命を10倍延長することができます。 SEMI：Aspinityは現在の市場ニーズに対応したどんなソリューションを提供できますか？ Doyle氏：Aspinityは、常時オンIoTデバイスに対して唯一のバッテリー駆動型アナログ機械学習チップであるRAMPチップを提供しています。RAMPは、アナログ・センサのRAWデータから直接、さまざまなタイプのセンサ・イベントを検出するためのトレーニングやプログラミングが可能です。RAMP チップが有効なアプリケーションのひとつに、音声、ガラスの割れる音、アラーム等の音を常に聞いているデバイスがあります。その他にも、予知保全や予防保全のために産業機器を監視する振動センサーや、ウェアラブルやその他のバイオメディカル・アプリケーションで異常検出に使用される心拍センサーなどがあります。Aspinity は先日、音声起動評価キットを発表しました。SEMI MEMS Imaging Sensors Technology Showcase では、当社のRAMPベースのアナログ音声起動ソリューションをご自分の目で確かめてくように、この評価キットのデモンストレーションをご覧いただきます。ハードウェアとソフトウェアの完全なキットにより、次世代音声起動デバイスを開発するお客様に、ウェイクワードの検出精度を落とさずに消費電力を10分の1にするアナログ機械学習とアナログデータ圧縮のメリットを全て体験可能です。 SEMI：テクノロジーによって、私たちをどのように団結できるのでしょうか？　SEMI Technology Unites Global Summitへの参加で期待されていることはなんでしょうか？ Doyle氏：多くの人にとってCOVID-19パンデミックは、経験したなかでも最も大きな困難となりましたが、この1年は、大きな問題を解決するためにはイノベーションが重要であることを示してくれたと思います。マイクロエレクトロニクス産業は、COVID-19検査、人工呼吸器、空気浄化システムなど、医療現場で使用される様々な機器のクリティカル・コンポーネントを提供する重要な役割を果たしてきました。COVID-19はまた、機器表面に付着したウイルスの広がりを防ぐために、システムのインタフェースは音声への移行が加速しました。バイオテクノロジー産業が開発を加速するワクチンによって、日常生活が正常な状態に戻ることを私たちは願っています。研究開発イノベーターと大手企業の協力によって、様々な市場で新しいデバイスや薬品が生産されようとしていることに感謝しましょう。パンデミックが緩和されるまで、従来の対面式のカンファレンスは開催できませんが、素晴らしい講演者が興味深い講演を行う産業カンファレンスに参加することは、これまで以上に重要です。SEMI Technology Unites Global Summitはそのような機会を提供してくれるものであり、私も参加することを心から楽しみにしています。 Tom Doyle氏は、Aspinityの創業者・CEOであり、アナログおよびミクストシグナル半導体技術において30年以上の優れた業績とリーダーシップの経験を持っています。Aspinity入社前は、Cadence Design Systemsのアナログ/ミクストシグナルIC事業のグループディレクターとして、世界有数の半導体企業への同社技術の展開を管理していました。それ以前は、アナログ/ミクストシグナル・ソフトウェア会社であるParagon IC solutionsの創立者兼社長として、営業、マーケティング、グローバル・パートナー/販売代理店、米国およびアジアのエンジニアリング・チームなど、同社のすべての業務を統括していました。ウエストバージニア大学で電気工学の学士号を、カリフォルニア州立大学ロングビーチ校でMBAを取得しています。

医療診断と個別化治療の最新動向について、Robert Bosch GmbH Stuttgartのリサーチフェロー（シニアチーフエキスパート）であるFranz Laermer博士にお話を伺いました。複雑な分子診断のワークフローを自動化するために最近Robert Boschが開発したオープンプラットフォームは、分子診断を必要な場所で実施できることを証明しています。これを実現するためには、マイクロエレクトロニクスだけでなく、微細化、マイクロシステム、マイクロ流体技術が不可欠です。これは、かなり短い期間でSARS-CoV-2感染症の検出法を開発する上で重要となります。Laermer氏は、SEMI Technology Unites Global Summit（2021年2月15-19日、オンライン開催）の中で2月19日に提供されるSEMI MedTech Forumの講演者です。本イベントは現在登録受付中です。 SEMI：何が診断法のイノベーションを推進しており、半導体業界はどんな役割を担うのでしょうか？ Laemer博士：診断法を大きく進展させているのが、DNAを構築する基礎的ブロックであるヌクレオチドのレベルで核酸を分子分解して詳細に分析する技術です。これにより、癌、遺伝子異常、感染症、治療抵抗性などの疾患の根本原因が明らかになります。現在のソリューションは、ポリメラーゼと呼ばれるDNAを合成する酵素の働きを利用したPCR法か、またはDNAの塩基配列を決定するシークエンシング技術によるものがほとんどです。これらの技術を必要とする場所へ近づけるために重要となるのは、自動化、小型化、低コスト化、使いやすさ、柔軟性、信頼性、そしてサンプリングから検査結果が出るまでの時間短縮です。半導体およびマイクロシステム技術は、こうした要求を満たすための実現技術となっています。ムーアの法則が半導体側を後押し、性能が向上の一途をたどっているおかげです。 SEMI：BoschのVIVALYTICシステムについて説明いただけますか？ Laermer博士：VIVALYTICは、多様な分子診断分析の統合と自動化のためのユニバーサルで柔軟性の高い診断プラットフォームです。VIVALYTICはユニバーサルなラボ分析装置で構成されており、診断アプリケーション専用に作られたカートリッジを使います。このカートリッジには、診断に必要な試薬とバイオコンテンツがすべて、室温で長期的に安定する方法で収められています。ユーザーは患者のサンプルをカートリッジに入れ、カートリッジを分析装置に押し込み、自動ワークフローを開始するだけで、通常1時間以内に診断結果を得ることができます。VIVALYTIC製品は、Bosch Healthcare Solutions GmbH (BHCS)が戦略的診断パートナーやバイオコンテンツの所有者と協力して製造しています。 SEMI：パンデミックは、医療産業において自動診断にどのような影響を与えていますか？新しい動きはありますか？ Laermer博士：パンデミックによって、必要な場所で自動迅速診断を行う重要性が明白になりました。感染連鎖を可能な限り早期に断ち切るためには、いつでもどこでも信頼性の高い迅速なPCR検査を使えることが必要です。私たちは、SARS-CoV-2の迅速検査に必要な時間を、陽性プローブの場合は30分未満に短縮することに成功しました。ワクチン接種によって免疫レベルが十分に高まるまでは、迅速検査がCOVID-19パンデミックの感染数、入院数、死亡者数を抑制する唯一の方法です。 SEMI：感染症診断以外にも、医療のパラダイムシフトを起こすソリューションはありますか？ Laemer博士：現在の腫瘍学では、癌の原因と考えられている特定の変異に対処するための、標的薬品や療法の開発が急増しています。これは、腫瘍学が従来のone-drug-fits-allアプローチから個々の患者に合った治療を適時おこなう精密医療へと脱却したことを意味しています。この個別化治療の前提条件として、腫瘍の突然変異の状態を明らかにし、治療中に正確かつ反復的にモニターすることが必要です。後者では、救急車上など分子診断を必要とされる場所で行うことが求められます。ここでキーワードとなるのが液体生検です。個別化治療のもう一つの例は、細菌感染症における細菌の種類と抗生物質の耐性を検出し、最適な抗生物質治療を決定することです。 SEMI：こうしたニーズに向けて、Robert Boschはどのようなソリューションを提供していますか？ Laermer博士：Robert Bosch GmbH は、マイクロシステム、マイクロセンサー、半導体技術のリーダーです。ドレスデンに新設された12インチ半導体工場は、これらの分野における当社の地位をさらに強固なものにするでしょう。この分野には、AIやIoTも含まれています。テクノロジー・プロバイダーとして、ボッシュは複雑なワークフローの自動化と管理のための優れたソリューションを生み出し、診断パートナーとともにWin-Winのソリューションを提供しています。 SEMI：テクノロジーによって私たちはどのように一つになれるのでしょうか？Laemer博士：技術、特に半導体やマイクロシステムの技術は、医療分野におけるゲームチェンジャーです。医療、診断、半導体という異なる分野が互いに出会い、協力し合うと、イノベーションは強力に加速されます。異なる分野の専門能力の接点で新しいことが起こるのです。 Franz Laermer博士は、1990年にドイツのシュトゥットガルトにあるRobert Bosch GmbHのコーポレート・リサーチ・アンド・テクノロジー・センターに入社し、今後のMEMS分野に向けた新しいキーテクノロジーとセンサー機能の開発に着手しました。現在はBoschリサーチフェロー／マイクロシステム、マイクロ流体工学、分子診断学のシニアチーフエキスパートとして活躍しています。

電気自動車、再生可能エネルギーや、その他のIoTや5G、スマート製造、ロボットといった技術イノベーションは、いずれも信頼性があり高効率でコンパクトな電力システムを必要としており、そのため炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）による低電圧な小型デバイスのサポートが求められています。しかし、これらの半導体材料をパワーシステムに組み込むために、チップ設計者は技術的および経済的な壁を乗り越えなければなりません。SEMIはEV Groupの事業開発マネージャーであるElisabeth Brandl氏に、パワーエレクトロニクス業界のトレンドと新たな発展について、またスマート・モビリティにおけるパワーデバイスのアプリケーションについてお聞きしました。Brandl氏は、SEMI Technology Unites Global Summit（2021年2月15-19日、オンライン開催）の中で2月18日に提供されるSEMI SMART Mobility Forumの講演者です。本イベントは現在登録受付中です。 SEMI：パワーエレクトロニクスの新たな発展をけん引しているものは何でしょうか？ Brandl氏：世界的に、通信や、自動車、電力変換に対するインフラ要求が大きく変化しています。こうした変化は、5G、電気・ハイブリッド自動車、再生可能エネルギーを例に挙げるだけで、十分明らかでしょう。デバイスレベルでも、特にパワーエレクトロニクス分野では、こうした変化が顕著に現れています。パワーエレクトロニクス業界は、従来のシリコンパワーデバイスでは対応できない状況に数多く直面しています。SiCやGaNのようなワイドバンドギャップ半導体材料を使った新しいデバイスアーキテクチャに、性能面で易々と追い越されてしまうのです。 SEMI：パワーエレクトロニクスのイノベーションは、業界のどんな課題を解決するのでしょうか？ Brandl氏：電力変換効率は大変重要であり、ここでの損失が全体の電力消費に大きく影響するため、さらなる改善が必要です。グリーン電力や環境フットプリントの改善には、再生可能エネルギーが不可欠ですが、総合的な電力消費効率も同様に重要です。しかしながら、パワーデバイスの役割は過小評価されがちです。データセンターや再生可能エネルギーのインバーターといった高周波、高電圧のアプリケーションは、パワーエレクトロニクスの重要な分野ですが、シリコンのパワーエレクトロニクスでは限界に達しているのです。 SEMI：シリコンから化合物半導体材料へと変わることの利点はなんでしょう？ Brandl氏：いくつかの化合物半導体は材料特性が優れており、電力変換や高周波挙動でのニーズに対応することが可能です。現時点では、主にGaNおよびSiCのパワーデバイスが、こうしたニーズへの対応に適したものと考えられていますが、その他にもダイヤモンドや酸化ガリウムなどの材料の開発が、こうしたアプリケーション向けに進められています。SiCは薄化しても電力損失が小さく熱挙動にもすぐれた特性を持っており、電力変換効率だけでなく、フォームファクターの点でも有利です。GaNは、特に高電子移動度トランジスタ（HEMT）として、高周波アプリケーションに使用することができます。 SEMI：SiCやGaNのパワーデバイスのコスト効率の良い製造には何が必要でしょうか？ Brandl氏：最終カスタマーがコスト効率として一般的にあげる数字は、１アンペアまはたワットあたりの金額です。これはシンプルに思えるかもしれませんが、現実は当然ながらもっと複雑です。重要なのは、製造時における主要なコスト要因を理解することです。SiCの場合、それは当然、基板のコストになります。私の講演では、ウェーハ接合による基板コストの低減方法を示します。GaNの場合に重要なパラメーターとなるのは、基板上に単結晶膜を成長あるいは堆積させるエピタキシー工程です。もちろん、歩留まりもコスト効率に非常に重要な影響を及ぼします。つまり、メトロロジーを含む優れたプロセス制御が大切だということです。 SEMI：多くの半導体メーカーがSiCやGaNへの変更を進めています。サクセスストーリーをご紹介いただけますか？ Brandl氏：パワーデバイスメーカーの大手はどこも、SiCあるいはGaNパワーデバイス技術を、買収するか自社開発しています。彼らもまた、パワーデバイス市場におけるワイドバンドギャップ半導体の未来が明るいと見ていることになります。もっとも大きなサクセスストーリーは、STMicroelectronicsのSiC MOSFETパワーデバイスでしょう。これはTeslaのModel 3に2018年から採用されているものです。 SEMI：この先には何が？ Brandl氏：ダイヤモンドや酸化ガリウムなどのパワーデバイスの新材料の探求が行われています。SiCについては、トレンドは8インチ基板に向かっており、これはSTMicroelectronicsがまとめているEUのREACTIONプロジェクトの焦点ともなっています。コスト低減と基板の供給の役割も大きなものです。材料供給は現時点での最大の不確実要素となっており、主要パワーデバイスメーカーは全て、SiC基板の供給を確保するためにサプライチェーンと契約を交わしています。最終的には、サプライチェーン全体の協力が全ての関係者にとって非常に重要であり、利益となるでしょう。これにより、発展の条件を良く話し合い、優先順位をつけることができるからです。 Elisabeth Brandl氏は、EV Groupの事業開発マネージャーです。オーストリアのヨハネス・ケプラー大学リンツ校で半導体・固体物理学の修士号を取得し、2014年からは、EVGで仮接合と化合物半導体の製品マーケティング管理を担当しています。

2020年12月18日に、フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクス(FHE)の設計、材料、製造、パッケージング、システムにわたる国際スタンダードを開発し、業界の発展を促進することを目的とした標準化技術委員会がSEMI日本地区において新しく設立されました。 FHEとはプリンテッドエレクトロニクスと、従来のIC、MEMS、テキスタイルなどを組み合わせてシステムを構成する技術であり、今後のIoTアプリケーションへの採用拡大が見込まれています。その応用分野は、人・モノの両面で使用される各種センサー、ウェアラブル製品、フレキシブルディスプレイ、車載、スマートホーム、スマートシティなど多岐にわたります。 SEMI 日本地区スタンダード委員会 (JRSC)の満場一致の指示とSEMI 国際スタンダード委員会 (ISC)によって承認された日本地区の当該技術委員会は、FHE規格に焦点を当てたものです。SEMI スタンダードFHE標準化技術委員会は、2020年8月に発足され、最初のチャプターが台湾に設置され、日本での委員会設立によりグローバルで２つめの委員会となります。 当委員会のCharter（憲章）は設計基準方法、製造フロー、テスト検証方法、仕様、ガイドラインおよび実践を対象としたFHE標準を調査、評価、検討、合意形成を行うことです。自主的なコンプライアンスを通じて、FHE統合システム、コンポーネント、材料、および試験機能のサプライヤとユーザー間の相互理解を促進し、コミュニケーションを向上させ、設計の正確性と機能を向上させることによって、製造効率と機能を強化させます。 Scope（範囲）は-FHEシステム、コンポーネント、材料、製造装置、およびパフォーマンス仕様の設計とテスト検証のための共通基準、ガイドライン、方法に関連する標準を調査、開発します。また、FHE製品/プロセスの歩留まりと品質を改善するためのサプライチェーンとエコシステムのニーズを支援することを追求します。 FHE技術関連規格の開発のために、他のSEMI技術委員会との連携と相乗効果を含めます。 さらに、委員会は、製品の標準化ニーズに向けた業界の取り組みを促進します。 SEMIスタンダードFHE標準化技術委員会の当初の活動は、測定スタンダード案を作成するためのワーキンググループの設立、材料、装置、製造技術に対するニーズの業界コンセンサスの形成、そして多様なコンシューマ向け最終製品市場への関係するFHE技術の導入促進をはかるスタンダード開発等があります。上記のCharter、Scopeを踏まえ、日本地区委員会は台湾地区委員会と協力して今後活動していく予定です。 FHEは境界領域の技術であり、IEC（プリンテッドエレクトロニクス、ウエアラブルエレクトロニクスデバイスとテクノロジー）やIPC（フレキシブルプリント基板）等の他の標準化機関の標準と整合をとった標準開発を目指します。 SEMI スタンダード活動SEMIスタンダードは、半導体、フラットパネルディスプレイ、LED（Light-Emitting Diode、発光ダイオード）製造、太陽光発電分野などにおけるコンセンサスベースの国際業界自主基準です。部材メーカー、製造装置メーカー、デバイス（パネル・セル）メーカー、検査・評価機関、サービスプロバイダーなど、エレクトロニクス製品製造の源流から最終製品に近い分野まで、広範囲な標準化対象をカバーしていることが特長です。各業界分野の専門家の知見を結集して開発された国際的な仕様・技術標準として広く利用されています。SEMI International Standards Programは48年目を迎え、これまでに21の分野で1,000以上の規格およびガイドラインが出版されています。詳細については、SEMIスタンダードのWebページを参照してください。（リンク先：https://www.semi.org/en/products-services/standards） 日本地区に設立されたSEMI スタンダードFHE標準化技術委員会に関する問い合わせ、新規加入ご希望の際は下記にご連絡願います。 お問い合わせ窓口SEMIジャパン Standards EHS部 中條Email : [email protected]

Nexperiaは、5年前にNXP Semiconductorから売却され独立した企業です。2019年より、当社のアジアにある後工程工場のスマート製造化に着手し、スマート化を正しい方向に導くため、ロードマップを開発しています。 スマート製造ロードマップを信憑性のある実行可能なものとするために、まずNexperiaにとってのスマート製造とは何かを定義しました。スマート製造の定義はさまざまあるので、当社では異なる2つの注目すべき技術適応点に着目しました。 物理的自動化 データ駆動型製造、つまり機械学習およびAIモデルの開発のコアに分析を使用すること 導入時の非効率性を回避するためには、物理的自動化とデータ駆動型製造の間で適切な投資バランスを見出すことが重要です。この2つを連結したソリューションでなければ十分な価値は提供できないからです。当社のアプローチには、以下のようなおおまかなステップがありました。 社内の管理チームとのミーティングで意見を聞き、工場のニーズと成熟度を検討する。 他の半導体工場のオペレーター、サブコン、パートナーとのミーティングを行い、彼らのスマート製造へのアプローチと課題を検討する。 Singapore Smart Industry Readiness Indexモデルに対する当社のニーズとステータスの評価をする。 物理的自動化利用可能なソリューションと製造業および自社の製造現場への適用の成熟度を評価することが、思考プロセスをシンプルにする上で大いに役立ちました。 物流の自動化は目新しいことではありません。ソリューションは非常に成熟しており、カスタムレイアウトや嗜好も簡単です。 製造現場は物流よりも、単純に変動性が非常に大きいので、遥かに困難です。 従来型の製造現場への投資は、品質あるいはOEE（設備総合効率）の観点から行われますが、両者はかならずしも連結していません。 当社では、物流自動化をまず実施し、それから製造現場へと進める、外側から内側へのアプローチをとりました。 データ駆動型製造スマート製造がどうなるかは、工場がどの程度データ駆動型であるかにかかっています。データ駆動型の製造を実現するには、トレーサビリティ、コネクティビティ、リアルタイムオペレーションの改善のための基礎投資が必要です。当社は、リアルタイムの状況認識が、現場の予測的、認知的な制御に不可欠な、マシンレベルおよびクローズドループのプロセス制御を推進できると考えています。 リアルタイムの状況認識システムを開発するためには、広範囲の製造プロトコルが必要となります。次にあげた重点領域が、課題の整理に役立ちました。 コネクティビティ 製造実行システム（MES）、品質、SAP等のエリアのコアシステム 分析およびAI 単一のオペレータインタフェースとリアルタイム制御システムを備えたデジタル作業現場 エンジニア、テクニシャン、マネージャの対応準備 それぞれの重点領域の複雑性は、旧来の装置やシステムやプロセス、また自動化になじまないエンジニア等によって異なります。そのため、データ駆動型のオペレーションは、複雑な難題です。それぞれの領域に対して、当社では異なるプロジェクトアプローチを検討しました。 コアシステム―ほかにも複数の実現技術（テクノロジーイネーブラー）を構築し、優先順位計画に沿って展開 分析―自動化された根本原因分析と予測アプローチで、主にOEEと歩留まりに焦点を当てる リアルタイム制御―工場全体の計画と統合し、生産性と品質を向上 強力なスマートマニュファクチャリングのロードマップがあれば、次の課題は、経営陣から計画に対する長期的な賛同と必要な投資を得ることです。そのためには、すでにスマート製造のインフラを導入している同業他社の工場を訪問し、交流することが重要です。SEMIのメンバーの協力を得て、経営陣と一緒に工場を訪問して見学することができました。また、当社の経営陣は、この変革的な取り組みの価値をより深く理解するために、サブコンやベンダーとも面談しました。 スマート製造のロードマップを成功させるためには、長期的な展望が必要であり、その成功を確実にするためには経営陣のコミットが必要です。当社はスマート製造への旅に興奮しており、それが工場のゲームチェンジャーになると信じています。

私たちが呼吸している空気は大切なものですが、大気は人為的な排気物質によって汚染されるがままとなっています。それでも、地球のために温室効果ガスの排出とその背後にある人間の行動を、汚染物質のレベルを測定するガスセンサーの助けを借りてコントロールできるという希望があります。 数多くの大気汚染物質の中には、私たちの健康に有害なものもあります。図1は、上位7つの汚染物質、その主な発生源、健康への影響を示しています。大気質指数は、粒子と4つのガス（一酸化炭素、オゾン、二酸化硫黄、二酸化窒素）の値を組み合わせて計算されます。良いニュースは、これらの汚染物質のそれぞれをモニターできるガスセンサーが市場に出回っていることです。 図1 – 上位7つの汚染物質（一酸化炭素、粒子状物質、二酸化窒素、オゾン、揮発性有機化合物、二酸化炭素、二酸化硫黄）の健康への影響。出所：EPA Air Sensor Guidebook ここで課題となるのが、ガスセンサーの多くの最終ユーザーが、様々なベンダーから提供されているセンサーの性能特性をどのように比較すれば良いかを理解していないことです。SEMIは使用者がこのハードルを乗り越えるお手伝いをしています。SEMI-MSIGは今年、Device Working Groupの中にガスセンサー標準規格（スタンダード）を開発するグループを設置しました。その目的は、試験方法、信頼性条件、パッケージング、通信インタフェースなどのガイドラインを定義して市場の発展を促すことにあります。重要なのは、この標準化によって、センサーの使用者が競合製品の中から最適なセンサーを選べるようになるということです。SEMI-MSIG Device Working Groupは、主要なガスセンサー企業および装置メーカーの専門家によって構成されています。ガスセンサーを提供する企業の皆様が、この住宅、工場自動化、自動車、家電、医療等の分野での大気質改善を図るグループに参加されることを歓迎いたします。ひとつの有望な分野がスマートフォンなどの家電製品で、こうした機器のユーザーの大気質への関心が高まっています。MEMS Sensors Industry Group（MSIG）Device Working Groupは、2019年初めに組織されました。そのミッションは、MEMSおよびセンサーデバイスとプラットフォームの技術仕様、業界スタンダード、ベストプラクティスを開発することにあります。MEMSおよびセンサーの利用と拡大を全世界で促進することが目標です。 汚染物質 健康影響 一酸化炭素（CO） 体内の臓器や組織に届く酸素の量を減らし、心臓病を悪化させ、入院やEDの受診につながる。 粒子状物質（PM2.5/PM10を含むPM） 心臓や肺の病気、非致死的な心臓発作、不規則な心拍、喘息の悪化、肺機能の低下、呼吸器症状の増加などで早死にする可能性。 二酸化窒素（NO2） 呼吸器症状を悪化させ、特に小児、高齢者の喘息患者の入院率を高め、呼吸器感染症にかかりやすくする。 オゾン（O3） 胸の痛み、咳、のどの炎症、鼻づまりなど、さまざまな健康問題の引き金となる可能性がある。気管支炎、肺気腫、喘息を悪化させることがある。 VOC（揮発性有機化合物） 癌や他の深刻な健康問題を引き起こす有毒な大気汚染物質もある。 CO2（二酸化炭素） 頭痛、めまい、いらいら、呼吸困難、発汗、疲労感、心拍数増加、血圧上昇、昏睡、窒息、痙攣など様々な健康影響がある。 二酸化硫黄（SO2） 喘息患者の既往の呼吸器疾患を悪化させ、咳、喘鳴、胸の締め付けなどの症状を引き起こす。 表1 – 主要7種の汚染物質とその健康影響。出所：EPA Air Sensor Guidebookv Device Working Groupはこれまで慣性センサーに活動を集中していましたが（このチームのアウトプットの例として、慣性センサーのIEEE2700規格を参照してください）、2020年にガスセンサーに焦点を移し、近いうちに他のタイプのセンサーにも活動範囲を拡大していく予定です。Bosch、TDK Invensense、ルネサス、Infineon、Analog Devices、STMicroelectronics、GE、Intelなどの業界リーダーが毎月集まり、一連の新規取り組みについて戦略を練っています。SEMI-MSIG Device Working Groupへの参加に興味がおありでしたら、MEMS Sensors Industry Groupのディレクター、カルメロ・サンソニ（Carmelo Sansone）までご連絡ください。

半導体は画期的な技術進歩をもたらすことで、現代社会に必要不可欠な役割を果たしています。高度な半導体の量産には、PFASとして総称されるフッ素化化学物質が必要です。私はSEMI会員を代表して、2020年12月3日に開催された産業界と欧州連合（EU）の意思決定者を対象とした英Chemical Watchの会議で、これらの物質の重要な役割と半導体製造のサプライチェーンにおける「必須用途」について説明しました（発表資料）。有害物質のない環境を目指した欧州グリーンディールのゼロ汚染の野望を達成するために、欧州委員会は最近発表した「Chemical Strategy for Sustainability（持続可能性のための化学物質戦略）」の中で、最も有害な化学物質の使用を、社会にとって不可欠とみなされる場合を除いて制限する意向を発表しました。PFASの略称で知られるパーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル物質は、この意向に基づいて規制上の精査を受ける最初の化学物質群となります。ここで問題となるのは、どのような化学物質を社会に必要不可欠なもの見なすべきか、また、どのような用途を網羅しているかということです。 現代生活における半導体の重要な役割半導体は私たちの生活に必要不可欠であり、いたる所に浸透しています。半導体は現代社会が機能するために欠かせません。スマートフォンやコンピュータのモバイル通信技術は半導体によって進歩し、私たちは効率よく仕事をし、大切な人たちと連絡をとれるのです。2020年には、何十億もの人々が自宅から安全にリモートワーク、リモート学習を行ったことで、半導体の恩恵がこれまで以上に明白になりました。同時に、半導体を使用した技術は、COVID-19対策の取り組みにおいても、人工呼吸器、医療用画像機器、デジタル医療ソリューション等、重要な役割を果たしています。さらに、半導体は今後、社会のインダストリー4.0への飛躍を可能にし、またコネクテッドカーや電気自動車、人工知能（AI）、量子コンピューティングの不可欠な要素技術としても活用されて行くでしょう。域内市場担当のThierry Breton欧州委員は、Hannover Messe Digital Daysにおける講演等で、欧州のデジタル主権を達成する上での半導体の戦略的重要性を強調しており、またEUの新産業戦略においても半導体とマイクロエレクトロニクス・システムの重要性が指摘されています。また、このような重要技術を生産するための莫大なコストと複雑さにも目をむけなければなりません。数百台の製造装置を備えた最先端の半導体工場を建てるには、150億ユーロ（1.9兆円）かかるとも言われます。1台の半導体製造装置は、通常数百万点の成形品から構成され、こうした装置がひとつの半導体ファブに数百台設置されます。さらに、SEMIの推定によると、半導体ウェーハの加工には、約500種類の高度に専門化されたプロセスケミカルが必要とされます。こうしたプロセス、製造装置、設備は、PFASだけが持つ特性に依存しています。SEMI Europeのプレジデントであるレイス・アルティマイムは次のように述べています。「SEMIは、欧州のデジタル主権を確立するためには、半導体が戦略的に重要であることを懸命に強調してきましたが、マイクロエレクトロニクスの重要性についてEUと加盟国に十分認識されたことを嬉しく思います。フッ素化化学物質は半導体製造に必要不可欠です。これらの特殊な化学物質は、その他にはない特性のために必要とされており、半導体製造が求める機能特性を十分に提供できる代替物質は現時点では存在しません。したがって、PFASの必須用途の概念は、技術革新を可能にし、サプライチェーン全体に適用され、EUの重要なインフラと戦略的目標達成を可能にするものなのです」 PFASとは何か、また半導体製造のどこで何のために使われるのかPFASは、固有の特性と特徴を有する広範かつ高度に多様な物質群です。経済協力開発機構（OECD）はPFASの約4,700種の物質リストを作成していますが、半導体製造産業で使用されているのは、その内ほんの一握りの物質です。これらの非常に特異的な化学物質は、半導体製造の厳しい条件下で使用することを可能にする、独特で比類のない特性のために必要とされるのです。 半導体製造用化学物質半導体製造の核心は、微細な幾何学的パターンをフィルムや基板に転写するフォトリソグラフィープロセスです。このプロセスの様々なステップで、品質を確保し、欠陥の発生を低減するために、フッ素化化合物を含有する特殊材料が使用されています。PFASは、その低い表面張力および他の化学物質との適合性から、使用が必要不可欠となっています。PFASは通常、完成した製品中には残存しません。しかし、一部の半導体製品では、PFASが最終製品に含有されるものがあります。カメラ、ディスプレイ、ある種の医療機器等に使用されるイメージングデバイスがその代表的な例です。 半導体製造装置PFASは半導体製造装置や工場インフラにも必要不可欠となっています。比類のない耐熱性と耐薬品性、化学的不活性の組み合わせを有するフルオロポリマーは、装置の部品（配管、ガスケット、容器、フィルター等）や潤滑剤（各種オイルやグリース）に使用されています。こうした特性は、装置を取り囲むインフラの機能を保証するためにも必要となります。また、既に法律（Regulation (EU) No 517/2014, F-Gas Regulation）で規制されているいくつかのフッ素化ガスも、冷媒および洗浄剤として使用されています。以上はPFASの半導体製造における使用例の一部にすぎません。現時点で、こうしたプロセスの実行や、半導体製造装置を組み立てることは、PFASなしにはできません。必要な機能特性を十分に提供できる代替物はないのです。代替化学物質やテクノロジーが今見つかったとしても、バリューチェーン全体の認定プロセスが極めて複雑なため、それを半導体量産に導入するまでには15年かかるかもしれません。したがって、最先端半導体の量産には、PFASを利用し続けることが前提条件となるのです。さもなければ、半導体製造技術によるEUでの生産と供給ができなくなる可能性もあります。 必須用途をどう考えるべきか規制当局は、PFASのどの用途が必須であるか、またどのような場合に使用を許可すべきかについて、検討を始めています。この概念を策定する際に、次の3点に留意すべきです。 必須用途は技術革新を妨げるのではなく可能にしなければならない第一に、必須用途という概念は、継続的な技術革新を可能すべきものであり、その障害となってはなりません。半導体や製造技術は、社会の要請に応えていくために、絶えず進化多様化しています。私たちが今日革新的だと考えるものも、将来には当たり前になっているかもしれません。将来の革新は現在では想像もつかないものでしょう。したがって、将来の技術革新の可能性を誤って制限しないように注意しなければなりません。必須用途はサプライチェーン全体に適用されなければならない第二に、用途を必須と分類することは、サプライチェーン全体に適用されるべきです。例えば、半導体を必須と定義し、それを製造するために使用する半導体製造装置や化学物質を必須ではないと分類することは避けなければなりません。半導体製造サプライチェーンでは、1つのデバイスメーカーに最大16,000のサプライヤーがつながっており、このリスクは明白です。必須用途は重要なインフラおよびEUの戦略目標を可能にしなければならない最後に、欧州の社会的優先事項を忘れてはなりません。EUは、その重要なインフラを維持し、保護することができる必要です。同時に、我々は、グリーンでデジタルな欧州というEUの戦略目標も見失うべきではありません。 半導体は、それに付随する製造装置や化学物質とともに、日常生活に必要不可欠な技術であり、EUの戦略的バリューチェーンのバックボーンとなります。半導体の製造は非常にコストがかかる複雑なプロセスであり、それを実行するためにはPFAS固有の特性が必要です。そのため、PFASは欧州グリーンディールやデジタル自治といった現在の戦略目標を達成するためにも、また将来においても必要不可欠です。したがって、半導体製造におけるPFASの継続的な使用を可能にする必須用途を確保しなければなりません。

半導体製造装置用のクリティカルサブシステムの売上高が、2020年に122億ドルを上回る見込みです。これは2018年に記録された過去最高額の115億ドルを6%上回る金額です。しかも、サプライチェーンの前例のない混乱の中でこれを達成したのです。 クリティカルサブシステムのサプライヤーの成功の鍵となったのは、2月から3月に発生した地域的シャットダウンへの迅速かつ効果的な対応でした。4～6週間以内に、ほとんどのベンダーは原材料の供給と労働者の安全を確保し、操業をシャットダウンするリスクを低減するために必要な対策を講じました。多くが5月までにフル生産を回復したと報告しています。目立った供給遅延はありませんでしたので、各社は対応を強化して半導体製造装置産業の二桁成長を支えたということになります。これに加えて、パンデミックの前に、多くのサプライヤーが2020年から2023年にかけて健全な成長を予測し、今年の生産能力拡張を予定していたこともプラスになりました。こうした計画は前倒しされ、大半のベンダーにとって供給体制は、短期的には問題となっていません。まったく同様に、装置メーカーは、2021年のどの四半期においても、20%の発注増に対応するようサプライヤーに求めています。 クリティカルサブシステム全体の2020年の成長率は、19%を超えようとしていますが、サプライヤーによってはこれを上回る受注増に対応する必要がありました。真空バルブ、チラー、光ファイバー式温度計のサプライヤー各社は、35%以上の成長になりそうで、また電源サプライヤーの成長率も30％が見込まれます。平均を上回る需要は、こうしたサブシステムの年初の顧客在庫がほとんどなかったため、補充の必要があったことも理由のひとつと考えられます。しかし、平均を上回った最大の理由は、これら分野のクリティカルサブシステムは、半導体製造の真空プロセスの増加にともなって、過去数年にわたり成長が突出していたことにあります。 クリティカルサブシステムは、来年も一桁後半の成長が予測され、記録を連続更新する見込みです。次の市場サイクルの下降は2024年と予測していますが、これは前例のない長期成長であり、2022年に下降するリスクを排除することはできません。将来がどうなるにせよ、クリティカルサブシステムのサプライチェーンは、チップ産業の上昇あるいは下降にうまく対応できることを実証したと言えます。クリティカルサブシステムおよびVLSI Researchについての詳しい情報は、Webサイトをご覧ください。

COVID-19は医療市場全体に影響を及ぼしました。第一波のピーク時には、製造業や自動車産業の企業がセンサーや製造ラインを転用して、人工呼吸器用の圧力センサーや体温計用の温度センサーを供給しました。同時に、ウェアラブル機器など遠隔患者モニタリングに使用するモバイルデバイス用のセンサーを製造する各社は、世界的な遠隔治療の急増もあって、需要の増加を経験しました。これに加えて、COVID-19検査の強い需要を受けて、診断機器メーカーは既存のシステムをSARS-CoV-2ウイルスやその抗体の検出用途に転用をしました。特に過去6カ月間には、数多くのマイクロ流体技術による臨床現場即時検査や中央検査室における高速大量処理ソリューションが実現しています。これら呼吸器系検査機器メーカーは、大量の検査装置を既存あるいは新規の施設に設置し、目覚ましい数の検査キットを販売した結果、2020年第1四半期に最初の売上スパイクが訪れ、その後、第2四半期、第3四半期にもさらに高い売り上げを記録しました。2021年初頭以降も、パンデミックが終わらず、インフルエンザ流行期が到来し、医療機関における検査数が数か月前を上回るとなると、この成長は継続することになるでしょう。呼吸器系検査機器メーカーの勝ち組は、Abbott、bioMérieux、Cepheid、GenMark、Luminexです。この中でも、Yoleはマイクロ流体製品市場のうち臨床現場分野が2019年の45億ドルから2020年は63億ドルに急伸し、2019年から2025年にわたり年平均15.1%の成長率を続けて104億ドルに到達すると予測しています。この金額は、2019年の全マイクロ流体製品の売上の40%に相当します。 Yoleのマイクロ流体工学に関する調査は、各社の多様なCOVID-19試験機器を対象としました。各検査は異なるニーズに対応しています。 COVID-19検査の進化この検査機器の増産がこれからのインフルエンザ流行期に有効であることは間違いありません。しかし、来年に有効なCOVID-19ワクチンが行きわたり、パンデミックが収束したらどうなるでしょうか。診断機器メーカーの売上はパンデミック前の水準に戻り、増産のための設備投資は無駄になってしまうのでしょうか。その心配はありません。これは単発のブームではないのです。パンデミック収束後も検査装置はそのまま残り、医療機関はそれを使ってメーカーが提供する他の検査（通常は他の種類の感染症の検査）を行い、その後も使い捨ての消耗品売上をけん引することになるでしょう。パンデミックは、より効率のよい診断ツールの必要性を明らかにしました。即時性があり低価格で広範な利用が可能な感染症検査が、このような危機的状況では極めて重要です。診断機器メーカーが苦労したのは、特に最近のプラットフォームが検査メニューを絞っているマイクロ流体分野で、使い捨てカートリッジを使用して結果を読み取る検査装置を病院、緊急治療室、現場検査サイトといった様々な場所に設置することでしたが、これも現在では達成されています。その結果、将来もパンデミック収束後も消耗品の売上は継続し、マイクロ流体工学に基づく臨床現場検査市場を次の段階へと押し上げることになりました。 臨床現場即時検査がマイクロ流体検査機器の成長を今後もけん引するでしょう。 臨床現場診断機器メーカーには新たな大きなチャンスが訪れており、即時性のある小型マイクロ流体技術がここでの勝者となるかもしれません。空港での乗客の迅速なスクリーニング、職場での従業員や訪問者の迅速なスクリーニングは、ウイルスの拡散を防ぐために不可欠になるでしょう。合計すると、年間数十億回の即時検査が必要となると考えられます。COVID-19は多くの分野でビジネスの成長を鈍化させてきましたが、マイクロ流体工学に基づく臨床現場診断法が次のレベルに進むことにつながりました。そして、これは成長のはじまりにすぎません。Yoleのマイクロ流体工学調査の詳細については、レポート「Point of Need 2020 - Including PCR-Based Testing」または「Status of Microfluidics Industry 2020」をご覧いただくか、i-Micronews.comをご覧ください。 Yole Développementは、SEMIおよびSEMIの技術コミュニティであるMEMS Sensors Industry Group（MSIG）のメンバーです。MSIGはMEMSおよびセンサーのサプライヤーを結び付け、既存市場、新規市場における会員の成長を支援しています。詳細はこちらをご覧ください。Sébastien Clercは、Yole Développement（Yole）のマイクロフルイディクス、センシング、アクチュエーターの技術・市場アナリストです。Clercはフォトニクス＆センシングチームの一員として、医療（診断、製薬、バイオテクノロジー、ドラッグデリバリー、医療機器を含む）や産業（環境、農業食品を含む）などの主要な市場セグメント向けに、マイクロフルイディクスやその他のマイクロデバイスに特化した市場・技術レポートを執筆しています。同時に、戦略的マーケティング、技術スカウト、技術評価などのカスタムプロジェクトにも携わっており、学術・産業界のプレイヤーのイノベーションプロセスを支援しています。技術と市場に関する専門知識を生かして、過去4年間に世界各地で開催された20以上の業界会議で講演を行っています。Clercは、グルノーブル工科大学（グルノーブルINP-グルノーブル、フランス）でバイオメディカル技術の修士号とイノベーションと技術管理の修士号を取得しています。

COVID-19との戦いが世界で続く中、ここ数カ月の世界経済は、ウイルスの影響から回復への緩やかな道を歩み始めました。しかし、在宅での学習、勤務、さらには医療に至るまで、パンデミックの影響を受けた様々な産業のトランスフォーメーションの効果で、目覚ましい成長を遂げているセクターもあります―半導体です。 9月の半導体の売上は前年同月比で12%上昇し、2カ月連続での二桁成長となりました。1月～9月の合計売上も、前年同期比で5.5％増となっています（出所：SIA/WSTS）。 この上昇傾向は心強いものではありますが、2020年の半導体製造装販売額の伸びと比較すると色あせてしまいます。SEMIの統計によると、9月の全世界の製造装置販売額は76億ドルの過去最高額に急上昇しました。2020年1月～9月の合計販売額は、2019年の同期間と比較して23.6%増加し、510億ドルを突破しています。さらに2020年全体の半導体装置市場は、2018年に記録された過去最高記録645億ドルを上回る軌道に乗っています。 半導体製造設備販売額の急増を後押ししているのは、中国、台湾、韓国の投資です。国内および海外資本による大規模なファブ計画が進行する中国は、今年初めて世界最大の装置市場になると予測されており、台湾は僅差で2位になる見込みです。韓国は3位市場となるでしょう。台湾と韓国の成長をけん引するのは、最先端半導体チップ製造のための設備投資です。 北米と欧州では、自動車および製造業がCOVID-19の影響を最も大きく受けたため、設備投資額は前年比で減少となりました。021年になると自動車生産がパンデミック前のレベルまで回復し、両地域における投資も回復することが予想されます。また、工場自動化も製造業の半導体需要を押し上げるでしょう。 地域別、装置カテゴリー別の販売額の詳細については、半導体製造装置市場統計レポート年間購読（EMDS）をご参照ください。