semiconductor business japan_mystery

Semiconductor: physics, technology, business

～Why did Japan lose the game?～

Kenji ORITA

（visiting scholar at EE, Stanford）

Kawashima Study Group meeting Mon., Nov. 3rd, 2014

1

半導体の物理/技術/ビジネス

～なぜ日本は負けるのか～

折田賢児

（スタンフォード大学客員研究員）

勉強会トーク 2014年11月3日（月）

2

Outline

3

1. Introduction: what is semiconductor?

2. Physics: how does semiconductor work?

3. Technology: how is semiconductor made?

4. Business: how does Japan loose the game?

5. Sociology: why do Japanese behave that way?

6. Summary: how can Japan be innovative?

発表の概要

4

1. はじめに：半導体って何?

2. 物理: 半導体の中身は?

3. 技術: 半導体って、どうやって作るの?

4. ビジネス: どうして日本は負けるのか?

5. 社会学: 日本社会の謎

6. まとめ: 日本でイノベーションを盛んにするには

1. Introduction: what is semiconductor?

5

～Spreading and Penetrating anywhere～

1. 半導体と私たちの生活

6

～広がる用途～

半導体素子と私たちの生活

様々な場面に使われていています

7 https://www.nikkei4946.com/zenzukai/detail.aspx?zenzukai=88

半導体素子の市場

多くの生活の場面で使われ、人々の生活に寄与する割合が増加

8

http://hermes-ir.lib.hit-u.ac.jp/rs/bitstream/10086/18953/1/070iirWP11_03.pdf

日系メーカが不調なのは、市場のせいではなく、

自分たちの経営戦略が拙いため

半導体素子の次のターゲット① Wearabels

小型化、人体情報計測のキー部品：LSI、微小機械（MEMS）、LED

9 半導体素子の微細加工技術を応用

http://mmc.la.coocan.jp/info/cafe/talk/ibeans/beans31.html

半導体素子の次のターゲット② バイオ・医療

小型化、人体情報計測のキー部品（LSI、センサ、LED/レーザ）

10 半導体は一体どこに向かっているのか？

http://www.seis.hiroshima-u.ac.jp/images/handoutai_baio_yuugou.jpg

半導体素子の次のターゲット③ IoT

Internet of Things（人も物も繋がる） Internet（人だけ）

11

http://bensontao.wordpress.com/2013/10/06/vivante-internet-of-things/

半導体は一体何に向かっているのか？

半導体の最終ターゲット（の一つ）

人間（human）と機械（machine）の融合（humashine）

12 身体障害への補助⇒一般人が肉体・精神の拡張へ

http://d13n9ry8xcpemi.cloudfront.net/photo/odai/400/30074e4367984c93502409321b2b0adf_400.jpg

http://iryou.chunichi.co.jp/img/article/201304/20130411151015607/20130411151015607_f993593f9cd4b6286379f065afb1f990.jpg

半導体部品の種類

様々な種類があります

13

半導体ってそもそも何？

①電気の流れ易さを人が制御できる材料、②その材料を使った部品

14

2. Physics: how does semiconductor work?

15

～A strange world of electrons～

2. 半導体の物理

16

～電子の世界～

原子の中の電子

電子のエネルギーに準位（レベル）が発生する

17

原子から結晶がどのように生まれるのか？

電子を仲介者として原子同士が結びつく

18

半導体の特徴

電子が存在しないエネルギー帯（禁止帯）を有する

19

金属の特徴

電子がエネルギーバンドを完全に詰めていない

20

半導体と金属の違い

元々の原子が持っている価電子の数が違う

21

半導体（4個/原子）金属（１～2個/原子）

電子を共有して

8個の席を埋める電子共有でも8個の席が埋まらない

（電子が自由に動ける）

電気の流れ易さってどうやって制御するの？

①最初から材料に「不純物」を添加

22

②部品動作時に電子を注入

大事なこと：絶縁体の結晶を作製できること

結晶に「孔」が空いていると、電子の「孔」が開き、電気が流れる

23

+4

不純物添加や電子注入による導電性制御ができない

＝＞まともに動く素子を作れない

PN接合：半導体素子のポイントの一つ

素子の中に、電池のようにエネルギー差（電圧差）が生まれる

24

太陽電池

太陽光エネルギーで電子・正孔を形成

＝＞エネルギーとして取り出す

25

取り出すことが

できるエネルギー

（電圧）

トランジスタ

電圧でスイッチをON/OFF ＝＞スイッチにより計算できる

26

3. Technology: how is semiconductor made?

27

～Implementation of the nanometere world～

3. 半導体の技術

28

～ナノサイズの世界の実現～

露光

精密な「写真撮影」により、マスクをパーターニング

29

露光装置

最少で数10nmのサイズのパターニングを実現

30

4. Business I: how does Japan lose?

31

～How did Intel win?～

4. 半導体のビジネス I

32

～なぜ日本は負けたのか～

（インテルはなぜ勝ったのか）

パソコンの制御LSI：インテルの戦略①

以前はパソコンメーカが行っていた標準化を主導し

プラットフォーム形成（パソコンがモジュラー化）

33

http://merc.e.u-tokyo.ac.jp/mmrc/dp/pdf/MMRC171_2007.pdf

他の部品メーカの利点：自社製品の開発に専念、市場拡大

パソコンメーカの利点：マーケティングに専念

パソコンの制御LSI（CPU）：インテルの戦略②

標準化により開発容易⇒部品メーカ、パソコン組立メーカの参入容易

⇒大量生産によりパソコンの価格低下 ⇒パソコン普及

34


他の部品メーカ、組立メーカ、パソコンメーカは

厳しい価格競争に晒される（大市場なので抜けられない）

パソコンの制御LSI（CPU）：インテルの戦略③

CPUの高性能化＝パソコンの高性能化、により

自社のCPUの価値は維持

35


パソコン普及＝多くの人が多くの恩恵＝大規模市場の成長の

利益をパートナーに分配

DVD：機器・制御LSIとも日系メーカが初期支配

光ディスクの情報読み/書きは、精密な光学技術が必要

36

光ピックアップとの摺合せが日系メーカの強みだった（垂直統合）

DVD用LSI：日系メーカ⇒台湾メーカへの遷移

制御技術を日系企業から習得したMedia Tekに敗れる

37

www.gbrc.jp/journal/amr/open/dlranklog.cgi?dl=AMR7-6-2.pdf

問題は技術や安売りではないこと

DVDのSLSI：Media Tek の戦略

下流へのターンキーソリューションの提供による拡散力

38

http://www.kyusan-u.ac.jp/J/imi/report2011_c.pdf

摺り合わせ部分は、光ピックアップ(OPU）メーカと提携し対応

三洋電機（摺り合わせ組立を低コストで実現）

DVDの光ピックアップ：三洋電機の戦略①

Media Tekとの提携により、商品レベルでの競争力の弱さをカバー

39


インテルのCPUと同じポジション

DVDの光ピックアップ：三洋電機の戦略②

強みの摺り合わせ部分はクローズドして利潤を確保

40


外部はオープンし、拡散力により売上げ全体を増加

DVD：Media Tek/三洋電機の利益の源は？

中国企業参入によりプレーヤーが低価格化

⇒巨大な途上国市場の誕生

41


パソコンにおけるインテルのプラットフォーム戦略と同じ

太陽電池：技術力に逃げて敗れた（？）日系メーカ

技術力では拡散力には太刀打ちできない

42

シャープ：427メガワットシャープ：1,099メガワット（×2.5）世界市場：（×20）

2005年 2012年

「価格競争が激化するのが目に見えていたので、

巻き込まれたら危ない、と量の競争から一歩引いた」

http://toyokeizai.net/articles/-/14652?page=3


太陽電池：技術力に逃げて敗れた（？）日系メーカ

世界トップメーカの相次ぐ破たん

43

供給過多による工場の低稼働率＆ Si原料高騰による赤字操業


太陽電池：アメリカの産官学の戦略①

「集光型太陽電池（Concentrated PhotoVoltaics；CPV）」の小型化

44 共同体・商用市場を狙う

単位面積当たりの発電量

(k

Wh

/m2

)

大型CPV 変換効率40%

通常の太陽電池, 変換効率20%

単位面積当たりのコスト ($/m2)

小型のCPV 変換効率20%

Siよりも高効率（高コスト）

太陽電池：アメリカの産官学の戦略②

複雑システムの全体設計による競争力

（東アジア系メーカーの低コストに対抗）

45

しかし、水平分業の摺合せが課題

（垂直統合型のメーカが米国に存在しない）

青色/白色LED：日亜化学の初期の戦略

技術・製造優位、特許の独占使用

46 2003年の営業利益率＞70％

異質性

青色LED＋

黄色に発光する蛍光体

模倣不可能性

多くの特許とノウハウ

競争の事前制限

セレン化亜鉛ではなく

窒化ガリウムに的を絞る

取引不可能性

青色LED製造装置の自製

競争優位

www.jaas.jpn.org/doc/data/2007license.ppt

青色/白色LED：日亜化学のその後の戦略

代替技術の進歩＆特許の優位性喪失（’07営業利益率～45％）

47

LEDは擦り合わせ的（Philips-Lumiledsのように比較的、垂直統合）

高効率が最重要性能だったので、LED専業でも高収益

http://pari.u-tokyo.ac.jp/unit/iam/outcomes/pdf/papers_100621.pdf

日亜化学を核とする，豊田合成とOSRAM，Lumileds，Cree社の提携・シンジケートにより特許権を、東アジアLEDメーカから保護。・彼らにライセンス付与し、技術拡散によるライセンス収入確保。・コア技術の開発により競争優位性を維持。

5. Business II: what is Japan competitive in?

48

～Theory of business architectures～

5. ビジネス II

49

～なぜ日本は部品や自動車が強いのか～

アーキテクチャー論① モジュラー/インテグラル

製品アーキテクチャにより産業構造が異なる

50

http://monoist.atmarkit.co.jp/fpro/articles/wwplm/02/images/2.gif

http://livedoor.blogimg.jp/ uii57002/imgs/0/4/04c0b7b4.jpg

なぜ日系メーカが光学機器系で強いのか

光と電気の違い：摺合せが必要（Integral）

51

システム内部が複雑な構造で切り分けが困難

⇒上流下流（垂直分業）/パートナー（水平分業）/顧客との

密接なコミュニケーションが不可欠

なぜ日系メーカが部品で強いのか

部品内部は摺合せが必要（Integral）。

部品外部の商品全体の設計（顧客創造）は考慮する必要が低い。

52

高性能がキーとなる部品であることが、利益確保に必須。

顧客創造者側からすれば、システム構成要素として代替を狙われ、

低利益率に落とされる（生かさず、殺さず）

技術優位論：技術と業績

技術が「模倣されず」継続的に業績に結び付くには

①技術者の学習、②製造設備の独自改良、③摺合せ能力の高さ

53 半導体では何故この「勝利の方程式」が敗れたのか？

http://www.rieti.go.jp/jp/publications/rd/026.html

大型薄型テレビの画像処理技術や高速無線通信技術などの調査

アーキテクチャー論②商品システム×商品システム

自社の商品のアーキテクチャを理解していますか？

54 未だに「製造立国」の文脈での捉え方が多いような…

http://www.isit.or.jp/project8/files/2014/02/02.png

アーキテクチャー論③ モジュラー製品での戦略

Appleは変動型モジュラー戦略

55

http://www.rieti.go.jp/jp/papers/journal/0507/bs01.html

アーキテクチャ変革に対応できない/主導できない日系メーカ

①製品メーカは没落 ②部品メーカは「トレンド」に隷属

アーキテクチャー論④ ポジショニング

奴隷状態（A）から如何に脱却するか？

56

http://retz.seesaa.net/article/111144814.html http://www.porterprize.org/news/data/news_020711_2.pdf

アーキテクチャー論⑤ 顧客ニーズとの関係

顧客ニーズを超えた技術進化は、無意味

57

http://retz.seesaa.net/article/111144814.html

アーキテクチャー論⑥ 半導体ビジネス

奴隷状態（A）から如何に脱却するか？

58

http://www.ssis.or.jp/pdf/encore/encore85.pdf

FPGA（Field-Programmable Gate Array）製造後に購入者が変更できるLSI ASIC（Application Specific Integrated Circuit）特定の用途向けに複数機能の回路を1つにまとめたLSI ASSP（Application-Specific Standard Product）顧客を限定せず、複数の顧客に汎用部品として提供するLSI MCU（Micro Control Unit）電子機器の制御用コンピュータを１つに組込んだLSI

アーキテクチャー論⑦ 日系メーカの低収益率

百貨店経営のため、戦略的な対応が困難

59 http://www.ssis.or.jp/pdf/encore/encore85.pdf

売り上げに対する研究開発費の比率

売り上げに対する販売管理費の比率

~60% ~60% ~20%

カスタム＆開発要粗利>50%が必要

~30%

~60%

>60%

~50%

~60%

~45%

~30%

~45%

~30%

汎用＆開発要特定市場向けの高度なシステムノウハウ

日系「稼働率維持のために赤字覚悟で ASIC 受注」

<25%?

カスタム＆開発それほど不要

~50%

~45%

~40%

<35%

~20%

~45% ~40%

汎用＆低開発設備投資を継続的に行う必要

アーキテクチャー論⑧ 組織能力、協調環境

製品アーキテクチャと組織能力、協調環境の相性

60

http://apsom.org/docs/T054_summit-01.pdf

組織能力が不適合な戦略は実行が困難

（日系自動車メーカの「複雑化の壁」危機？）

内部構造の複雑化（電子化、外部通信etc）

＜従来＞＜現状＞

経営戦略論

日系企業は未だに「資源アプローチ」に終始

61 http://thinkweb.co.jp/blog/wp-content/uploads/2013/05/1305164.jpg

【余談】日台連携が日本が生き残る道だったが

①インテグラルにも対応

62 中台の政治的緊張緩和・接近により、中台が企業連携

http://www.jetro.go.jp/jetro/japan/yamaguchi/magazine/pdf/vol18.pdf

②中華圏ネットワーク

国瑞自動車「トヨタ・システム」の「進化能力」（トヨタ・ウェイ）が日本本社レベル

file:///C:/Users/Kenji/Desktop/AMR5-3-3.pdf

③民主制、資本主義

6. Sociology: why do Japanese behave that way?

63

～From Prof. Hashizume’s linguistic sociology ～

6. 社会学：日本社会の謎

64

～プロテスタンィズムとの比較～

社会の平和戦略：異なる生活様式が衝突した時

①一方の生活様式に従う

（欧米、中東の文化）

1) 生活様式（個性）を重視

2) 生活様式の違いを調整するために、

共通理念を明確化

（共通理念以外は自由）

3) 共通理念を担保する「神」

・人々から比較的隔離

=>言葉が自律的

・あまり人の願いは聞かない

65

日本社会：視野が自分が生きる「共同体」から脱出できない

（脱出するための自律的な言葉を維持できない）

②生活様式を折衷する

（太平洋、伝統社会の文化）

1) 協調性を最重要

「個性」を内面に限定

2) 生活様式の違いは、

問題発生の原因

3) 仲介するための「神」

・人々と共に生きる

=>言葉が状況依存性

・かなり人の願いを聞いてくれる

言葉の自律性/状況依存性

①欧米、中東の文化：空間的に分離し共存

66

②日本の文化：共生を強制

「毎日3回、お祈り」

「毎日3回、お祈り」

「毎日3回、お祈り」神様１

「土曜日は安息日」


「土曜日は安息日」神様２

神様A

どうする？

どうしよう？

神様A

どうする？

どうしよう？

日本人は、なぜ前例や物まねをするのか？

判断基準の「主義」「原理」に無原則に従わない⇒行動様式が未確定

67

神様A

どうする？

どうしよう？

神様A

どうする？

どうしよう？

神様A 昔/他のサークルの風習1

昔/他のサークルの風習1

神様A

昔/他のサークルの風習1

日本人は、なぜ「主義」「原則」を無視するのか？

行動様式の違いによる非共生＝敵対だから

（共生により潜在的敵対関係を解消しようとするから）

68

神様A

土曜も働く

神様A

土曜も働く

「土曜日は安息日」神様B


非共生＝敵対

非共生＝敵対


日本人は、どうやって「柔軟」に暮らしているのか？

人間が神様を操作する（神様が願いを叶えてくれる）

<=「神様は共生を願っている」という信仰

69

神様A

土曜も働く

神様A＋Ｂ

勤勉は美徳

「土曜日は安息日」神様B

非共生＝敵対

日本人は、「個性」「価値観」をどう捉えるのか

「内面」「こころ」を重視（外形的行動は軽視）

70

買春反対

買春反対買春反対買春反対神様１

本当は嫌だけど

神様が与える「抽象思考」

神様＝時空間や状況に依存しない＝社会を超越する視野

71

買春反対買春反対買春反対神様１

買春反対買春反対買春反対

M. ウェバー：プロテスタンティズムと資本主義

「神様は誰を救ってくれるか予めきめている」

「人間の努力では、救済は変更されない（できない）」 ⇒

①完全に神様が社会から隔離＝高度の抽象性

②救済されるかどうか不明な、極度の不安

③教えに従うことが、（ひょっとしたら）自分が救済される証かも

④商売収入は教えに従うことができている証かも。

お金に溺れて無駄使いせず、次の商売に使わなければ。

⇒現状の時空間を超えた思考

⇒伝統社会からの資本主義の誕生、イノベーション（新結合）の基礎

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商売に専念お金は投資

商売に専念お金は投資

商売に専念お金は投資救済予定

神様

資本主義＝イノベーションとは：常に新結合

自分や自分の会社を超えて、顧客に貢献できるためには

モノの蓄積により、常に社会/顧客のニーズが変化するためには

抽象思考＝言葉の自律性（状況依存性に依存しない）が不可欠

73

モノ

モノ

モノ

新結合

モノ

モノ

モノ

7. Summary: how can Japan be innovative?

74

～How to create a shelter for entrepreneurs～

7. 日本を元気にするための提案

75

～罠に掛からないために～

とりあえずの処方箋

①日本の社会全体の変革をめざす必要はない（実質的に不可能であり、不必要）

・アントレプレナーとして生まれた人が生きやすい領域を

社会の中に部分的に確保するだけでよい

「まあ、そんな人がいてもいいかなあ」

「いざという時に、役立つかも」

②資本主義の精神を確立すること「他の人・世の中に役立つとお金が儲かる」

「お金が儲かるだけでは、役立っている証ではない」

「ルールに従わないと証にならない」

③個人の能力開発に拘らず、「政治」が上手になること・自分のしたいこと=>他の人・世の中に役立たせる、

という政治的な処世術の訓練をすること

76

Thank you for your time

77

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