☑Club-Z特集
《 Zuken Innovation World 2015 特別レポート③ 》
「SPICE誕生から40年、
解析技術はメカトロ設計を救う」
静岡大学 電子工学研究所 浅井秀樹教授による講演内容のご紹介
2015.11.26
（はじめに）
昨年は自身の専門である電気設計の分野の講演（※1）をさせていだきました。今回は図研さんがちょうど40年、奇しくも私の専門であるシミュレーションの技術のSPICEができてからちょうど40年、電磁場のふるまいを記述するMaxwellの方程式ができて150年ということもあり、今回の講演タイトルを「SPICE誕生から40年、解析技術はメカトロ設計を救う」にしました。
■ 半導体/デジタル情報家電から車載用機器へ
さて、産業のトレンドは、この10年でだいぶ変わったと思います。私が社会人になった頃は半導体が主流で、関東、関西を問わず、コンシューマーエレクトロニクス関係の会社がすごく元気でした。そこから世の中どんどん変わり、いまやオートモーティブだとかロボットが非常に重要なポジションを占めるようになりました。いわゆるメカトロ、メカトロニクスです。最近考えているのが、これらに対して我々のシミュレーション技術がどのように応用できるかということです。
私が在籍している静岡大学は静岡県西部の浜松にあり、浜松には世界一の軽自動車を作っている会社があります。さらに西の県境を越えると、世界一の四輪を作っている会社があります。
このような環境の中で長年電気系の研究をやってきましたが、2年前に在籍する静岡大学が改組され、電子工学研究所と兼務して学部や大学院は機械工学科に移りました。それに伴い、メカの環境も勉強しなければいけないということで、熱解析なども並行して行うようになりました。
そうした状況から、昨年くらいからヒューマノイドロボットを含めたメカトロニクスに興味を持ち、そこに解析技術がどういうふうに使われうるのかということを考えています。
■ SPICE誕生から40年
さて、ここで少し電子回路のシミュレーション技術のお話をします。
十数年前一世を風靡し、世界で十数万台売れたペット型の四足歩行ロボットAIBOがありましたが、実はこのロボット製作に我々も携わり、我々の解析技術というのが使われていました。ですから、私はその四足歩行のペット型ロボットに関してはかなり思い入れがあります。
PIやEMIの設計問題は、プリント板の上にパッケージが載り、パッケージの中にLSIが入っている、という三重構造になっています。さらにその外側には筐体があります。
我々が携わっていたAIBOの開発においても、その電磁特性を一括して全部測定したいというのがあり、結局最後は計測サイトに持ち込んで、EMIの実験を行いました。
当時は、EMIのナビゲーションの測定は、やってみないと分からない。シミュレーションなんかで分かるはずがない、と言われた頃で、この時期はだいぶ長くつづきました。
このように、いわゆるチップとパッケージとボードを、全部一括して計測したいということは、昔からあった訳です。
ご存知のようにSPICEというのは、世の中で最初の集中定数をベースに電気回路の解析をしましょうというツールです。世界的にも標準化されており、どこでも使えます。これが無かったら回路の設計できないとまで言われています。誕生して40年ですから、1975年あたりにSPICEの最初のバージョンができたことになります。
1990年頃から何が重要になったかというとSIです。いわゆるノイズなどの影響をどう受けるかを一生懸命研究した時代です。物理モデルを使って解析を行うととても時間がかかり、SPICEを使うとマシンがフリーズします。それをなんとかしましょうということで、我々の研究室とソニーさんとで、三次元EMIシミュレータ「BLESS」を共同開発しました。意味はまさにGod blessからきていて、これを使うと皆さま幸せになりますよという意味を込めてあります。
2000年代にはいると今度は物理モデルに近いレベルで3次元のFull-Wave解析がしたいという要望が強くなり、それに応えようとSPICE系のシミュレータをとにかく精度よく速くする、あるいは3次元のFDTD法で解析したものを精度は同じでドラスティックに速くするようなことを考えていました。
そして、いま我々の研究は、車の解析ができるところまできています。
車はコンシューマーと比べるとハーネスが多かったり、ケーブルが多かったりしますが、そこに流れるコモン電流をいかに最適化するか、削減するかという問題を解析技術で解決する、それが現実的にできそうだというところまできています。
※1 昨年の講演の模様はコチラ
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