社会を変えた光、照明

古来から人類は火を崇めて来た。

それは天から降ってくる隕石などか、身近で頻繁に発生する雷(稲妻)なのか、諸説あるが、言えることは人知を超えた自然界の力(神)としての火があった。

火を自分の支配下において、火を起こす道具を開発し、たき火で暖を取り、明かりを得て、人類の生活は大きく変わった。正確にはそれがいつごろだったのか定かでないが、夜の社会生活が人類、民族に生まれ、大きな集団へと発展する糸口の一つになったことも確かであろう。

さて、そんな可燃物を燃やし、火を得ていたのであるが、それが所謂材木類から、燃える水(自然にわき出る石油)や燃える石(石炭)の発見をして、人類は先史時代から、日本で言うと江戸時代後期まで来てしまった。その途中では植物、動物の脂を燃やして、火を得ることも発見した。

蝋燭、行燈などは、なじみ深い言葉になってしまった現代である。一つ忘れてはならないのが、燃える水や燃える石の争奪が社会構造を大きく変え、争い、経済の根幹を支配してしまっていることである。

人類が青銅器、鉄器を得るためには、鉱石を高温度にしなければならない。それには所謂燃料を燃焼させて、高温度にして、なおかつ還元状態にして金属を得たのである。精錬技術の登場である。

17世紀には精度の良いレンズが開発され、それを使うと昼間太陽光でも高温度が得られる時代にもなって来た。当時はワットの蒸気機関もなく、有効なエネルギー源としては捉えられなかった。

19世紀に電気発電が考案されると、すぐさま電球が発明された。蝋燭、行燈などの燃焼で得た光から、電気抵抗線の発熱・発光による光が生まれたことになる。その現象は燃焼という化学現象から、物理現象の輻射という全く異なった物へ変化した。

ちょうど、電球照明が出回り始めようとする時、既に大規模にガス灯が広まっていて、その経済的事業活動者と競合しなければならなかったそうである。また、エジソンといえども、ガラス玉の中に竹を炭化した線に電気を通した初期の電球では競争に勝てるわけでなく、その後タングステン(金属)に電気を通して、明るさや寿命を大きく改善したものが出回ったのである。

調べると、そのタングステンを使おうと開発したのはエジソンの電球と競合していたガス会社だったそうである。

時が流れ、20世紀半ばになると今までになかった半導体というものが材料技術の高精度化(純度や不純物の制御)で世に出てきて、真空管の機能を微細化したトランジスタと光を得るダイオードやレーザの開発が進んできた。これらは、照明ではなく、コンピュータや通信の分野を大きく発展させる力となった。

照明では蛍光灯が1926年に考案され、抵抗加熱による発光(電球)よりも効率が良く、安価で市場に出回るようになった。これは金属イオンの励起による紫外線を蛍光体材料で発光するというどちらかというと、少し難しい量子光学物理現象の応用である。

20世紀後半になって、大規模照明ではないが、目印や目には見えない赤外線を使ったリモコン装置に発光ダイオード(LED)で得た光を利用するようになった。通信分野で使われている発光半導体は非常に高価で、日常生活の照明には向かなかった。

しかし、21世紀に入って、このLEDが注目され、大量生産され、価格も下がって来て、照明用途に注目されている。その理由はエネルギーの利用効率が良く、低炭素、環境に優しいという省エネ、エコに相応しいということだ。

今まさに(2010年)、2000-5000円という価格レベルのLED照明が市場に出回り始め、人の生活における照明に、こんな難しい原理に基づいた機器が入り込んで来たわけである。

これらの実現過程では、莫大な研究開発予算が官、民で注がれ、これは全世界の経済戦争の一翼にもなりかねない。それは希少半導体材料資源の確保や特許などの知財権係争、LED素子が搭載された主要応用製品である液晶TVのメーカ間競争は、世界経済を揺るがす規模になっている。自動車のヘッドランプにもLEDが搭載され、全てエコ、省エネの合唱連呼に依るものである。自動車産業も競争に絡んできている。

一つ忘れてしまいそうなことを話したい。青色、白色LED照明で、“冷たい光だね”とよく聞くことがある。これらLED光には、人が温かみを感じる赤外光の成分が決して含まれていないのである。人の目に見える、赤、緑、青の光(可視光)をごまかしで混合・組み合わせて白っぽい光としている。

 その無駄な発熱成分を抑制して、エコ、省エネを唱えているが、LED 照明機器からは半導体デバイスから発生するかなりの熱を発散しなければならない。それは光でないので、暖かくは感じない。機器を触ると熱く感じるものである。

人は、その暖かく感じる照明を求めているような気がする。何しろ、寒い時の焚き火は文句なく最高ですから。

注:イノベーション

「従来技術の新しい組み合わせで創る」とよく言われている。従来の競合技術の組み合わせでは実現できない、「他の原理に基づく既に存在していた技術」で、先行競合技術では実現できなかったことを実現させること。

照明の例;

化学的燃焼 -> 電気通電抵抗発熱 -> LED 半導体接合とスペクトル制御 など、教科書に掲載されている項目である。

新興国の強み

日本もかつては後進国。

この後進国に対して、経済や人々の暮らし向きが良い国が先進国と言うのかと思っていた。先進国もG-7 とか、俺たちは先進国でも一番先を行っている国だと7カ国で仲間を作った。そのうちにG-8 になった。

よく見ると、フランス、西ドイツ、イタリア、日本、イギリス、アメリカ6ヶ国首脳によるG-6が1975年に初めて持たれ、G-6 の時代があったようである。1975年というと大学3年。当時はそんな経済的会議など頭の片隅にも無かった。実は先進国ではなく、詳しく調べると発足当時は、主要民主主義国の集まりで、所謂オイルショック不況後の世界をどうすべきかという問題を考える“仲間“だった。

そのうち、カナダが加わってG-7 となり、G-8は1998年よりロシアが加わって仲間が増えたようである。私にはオイルショックというキーワード言ってくれ方が分りやすい。何せ、下宿をしていて、石鹸やトイレットペーパーが人の群集心理で買いだめされ、店頭から消えた時代であった。

さて、後進国や開発途上国などと言う表記も使っていたが、最近では新興国と呼ばれる国々が注目されている。英語で言うと、developing countriesからemerging countriesになった。詳しい定義はなさそうだが、素人流には生産能力がだぶついた国のメーカ、自国の市場は十分飽和して、もうこれ以上成長するチャンスは無かろうと思っている国が、売り込みをかけようと狙っている国とも言えよう。

しかし、新興国と考えられている国々にインドや中国が入っており、所謂以前の後進国という呼び名が使われていた時代とちょっと違うようである。

後進国と聞くと、ガス、電気、水道、電話という社会インフラが未だ不十分な国と考えるが、新興国はビジネス対象の巨大な潜在市場を持っている国となってしまうようだ。人口が1000万人前後の国から、2億人を超える5本の指で数えられる特定な巨大“後進国”へと人々の興味が移っている。

通信やインターネットインフラの関係の仕事をしていて、最近SEACOM(注)というプロジェクトが立ち上がっている。これは欧州からインド経由で光ファイバー海底ケーブルをアフリカの東岸諸国の複数の都市へ敷設するものだ。この地域が、開発途上国(後進国)から“新興国集団”として変身しようとしている。今や、社会インフラで無くてはならないものがブロードバンド(BB)であると認知されており、BB無くして人や企業や国の歯車が回らないのである。

“これまでの後進国”=“今の新興国”でないことも明らかなようである。強みがありそうである。

 注;SEACOM

http://www.seacom.mu/index2.asp

Greener(2)

いま、省エネ、エコ(エコロジー)、グリーンと言葉が先行して、ローカーボン(低炭素化)、本来は温暖化を少しでも阻止しようと排出二酸化炭素を抑制しようとする取り組みが激しい。

しかし、その温暖化の根本がどこにあるのか、ある時期は排出された冷媒のフロン(冷蔵庫やエアコン)が大気上空でオゾンを破壊し、地上へ降り注ぐ紫外線を増加させ、皮膚癌などをもたらすとして、冷媒材料の改良が叫ばれたが、その後の行方はあまり大衆メディアで取り上げられていない。

日本流に言うと、”もったいない;注”運動の一つに過ぎないのかもしれない。そのもったいない運動も度を越すと消費マインドを低下させ、経済に悪影響を与えていれると叫ばれている。先のブログで、greenの比較級がgreenerで、エネルギー効率を1000倍改善したという事を、英語で言うと1000 timers greenerと使われていることを紹介した。

http://e-bbb333.com/tripleB/2010/04/28/

それで、以前一緒に仕事をした亜米利加の弁護士さん、Greenerさんの事を思い出した。本当に名字がGreener。何故、Greenerさんの話かというと、その方は亜米利加でも都市生活でなく、田舎の生活が好きだと実践していた方で、どこに住んでいるのと質問させて頂いたことがあった。

驚くことなかれ、1990年代の始め、亜米利加のニューヨーク州でも、電話もなく、電気もなく、TVも観れない地域があって、そこの農場を買って住んでいるという事であった。広さは確か1000エーカーだったと記憶している。日本人にはあまりにも広くて、議論の余地がなかった。気になったことは、弁護士なのでご夫妻で別々の町に暮らし、時間があるとこの農場へ来て暮らすのだそうだいうことだった。留守中の番、セキュリティーは?ということになるが、これが電気フェンスだという。電気が来ていないのに、電気フェンス?自家発電だそうだ。それで納得、庭?には池や小山があるという。

訪米時にその農場まで行く機会がなかったが、グリーン運動でGreenerさんの事を思い出せたことが良かった。現在、Greenerさんがどうされているか知らないが、ひょっとしたらGreen運動の先頭を切っているかもしれない。

注:勿体とは外見や態度の重々しさや風格を言う。勿体ぶるとか使うのが普通。これは風格が無いのにあたかもあるように装うこと。勿体が無いと”もったいない”は混同している。勿体がないとは、本来、重みや風格が無い事をいうのだろうが、今では”もったいない”が節約みたいなこととして使われている。

メモリーのライフタイム

若い頃の思い出が頭の中でふわっと浮かぶ。感傷的に綯ったり、エネルギッシュで行動していた頃の事とか。人の頭はよく出来ている。最近の脳科学者は御卓並べて何とか解説してもあまり、私には説得力がない。

1980年代以降のコンピュータ、パソコンの発達の蔭で支えてくれたのは、メモリーデバイス。それも、内部メモリーと外部記憶装置と媒体があって、今日は外部メモリーの媒体の話をしたい。

10日前、ソニーがフロッピーディスク販売終了と発表した。

http://www.asahi.com/digital/pc/TKY201004230411.html

懐かしい、IBMの5.25インチや、今回の3.5インチ・フロッピー。所謂磁気ヘッドで円盤状の磁気媒体のドメインに書きこまれた磁気をセンスして、信号を1, 0に直し、デジタルデータとする。

今やUSBのフラッシュメモリー(半導体)の容量が数GB(ギガバイト)に達し、安価で提供、それに使い勝手も便利ということになればフロッピーの勝ち目はない。

発売が1981年という事だから、そのライフタイムが29年ということになる。フロッピーが無くなることは媒体だけでなく、磁気ヘッドデバイスも無くなるということだ。ただし、磁気ヘッドは超高級品(技術的にも最も先端分野)のHDD(ハードディスク、今や1テラ以上の容量を持つ)分野を牽引し、生き残っている。

1981年というと私は某電気会社の研究所に入社して高密度ICデバイス開発を始めて3年過ぎたころで、フロッピーの仇を育てる仕組みに取り込まれていたことになる。

さて、今はCD‐R,DVDなどはフロッピーのような磁気現象でなく、光現象を使ったメモリー媒体が主であるが、これもライフタイムからすると衰退へと向かっている。約1年半前に「日本記録メディア工業会」は以下のような市場予測を発表している。

——-抜粋——-

2008年11月14日、世界需要予測を発表し、DVDが2009年にピークを迎えた後、下降期に入るとの見通しを示した。フロッピーディスクやMO(光磁気ディスク)も毎年3~5割ずつ減少し、「役目を終えつつある」とした。予測によると、DVDの世界需要は08年に62億8400万枚。09年に64億4000万枚となった後に減少し、11年に60億9400万枚とピークから5%減る。DVDが減少するのは、新世代DVDのブルーレイ・ディスク(BD)が台頭してきたことが原因。03年ごろから普及しはじめたDVDだが、早くも退潮期が目前に迫り、デジタル技術の変化の激しさを物語っている。

http://sankei.jp.msn.com/economy/business/081114/biz0811141949010-n1.htm

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次にCD-Rの販売終了というニュースがいつになるかは分らないが、早晩でてくるかもしれない。USBメモリーも、企業ユースではウィルス混入やセキュリティー上の問題で使用禁止になっているところもあり、シンクライアントやクラウドコンピューティングで外部のセキュリティーが整ったデータセンター内のあてがわれたメモリーを使うようにもなっている。

こんな状態は、自分のメモリーが自分の頭の中から離れて、バーチャルに外に置かれたようなものなのか、それとも、他人様に自分の記憶管理まで入り込まれてしまうのかと、余計な絵空事を考えてしまった。

イノベーションの積み重ねと光ファイバーの発明

昨年、2009年にカオ博士が光ファイバーでノーベル賞を受賞して、改めて現在のインターネット網を支えるにはなくてはならない大発明であったことを認識。

3年前にファイルしていた、米国科学助成機関(NSF)がまとめた技術イノベーションを喚起する工学支援におけるNSFの役割と題されたプロジェクトの中の”通信用光ファイバ”に関するレポートを読み返し(文書の最終更新日は10/22/98となっている)、カオ博士の光ファイバー発明へ到る光に関するイノベーションが表にしてまとめている部分を発見した。

これはノーベル賞受賞より10年以上前にまとめられたもので、非常に興味深く大発明といえども、突然降って湧いたようになされた事ではないことが分る。多方面のイノベーションの積み重ね、繋がりが、一つの大発明へと向かっており、次のように120年以上前から遡られている。

  • 1841 Daniel Colladon が勢いよく流した水流中に光が伝搬することを示した。
  • 1854 英国物理学者John Tyndallが湾曲した水流中でも光が伝搬することを示した。
  • 1864 スコットランド物理学者James Clerk Maxwellが電磁波の存在を予言し、可視光はその1部分に過ぎないと示唆した。
  • 1880 Alexander Graham Bell はセレン(元素のひとつ)の光効果を使って光電話を発明。
  • 1910 Hondros とDebyeはMaxwellの式を誘電導波路へ拡張させた。
  • 1937 ITTのAlec H. Reevesはデジタルパルス変調方法を発明。
  • 1940年代、Corningの研究者は純粋な固形シリカを作製するための気相・水素火炎法を開発。
  • 1949-1954 Delft技術大学のAbraham C. S. van Heelらのオランダチームがコアファイバーの表面での内部全反射を改善するクラッド付きファイバー技術を開発。
  • 1956 Michigan 大の学生Lawrence E. Curtissはファイバースコープを改善するためのプロジェクトで、ロッドインチューブによるガラス製クラッド付きフィアバーを始めて創った。
  • 1958 Bell LabsのArthur SchawlowとColumbia大のCharles Townesはレーザの理論原理を論文発表した。
  • 1960年5月、Hughes Aircraft社のTheodore Maimanが合成結晶ルビーを使った最初のレーザを示した。
  • 1960年12月、MITのAli Javanらはヘリウムネオンを使った初めてのガスレーザを動作させた。
  • 1961 American OpticalのElias Snitzerは円筒体誘電導波路におけるモードの挙動の理論と観測という先駆的論文を発表。
  • 1962 GE, IBM, 及びMITのLincoln Laboratoryの研究グループがガリウム砒素を使った半導体レーザを開発。
  • 1966年1月、Charles Kao とGeorge Hockhamは、ガラスの中の微量の不純物(遷移金属イオンと水)が光の損失を大きくしていることを明らかにし、これはガラス自体の本質的限界でないことを示唆した起点となる論文を発表した。

英文 参考資料:

http://www.sri.com/policy/csted/reports/sandt/techin2/chp3.html

クラウドと新技術

最近、インターネットのクラウド、プロバイダーの巨大データセンターを支えるスーパーコンピュータの動向が気になっている。
代表格のIBMのPower7とかは、これまで多くの研究者が開発に携わって来た光インターコネクト技術を採用し、100Gbpsレベルの速度でブレード間を結んでいる。
これまで、バックプレーンとかストーリッジなどの機器間を光で結んできたが、ここまで来た。

さらに、IBMはチップ内配線も光化しようとしている。最近、その開発結果が公表された。
http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/29595.wss
YouTubeで模式的な動画が説明されている。所謂シリコンフォトニクスの実用化がここまで来ている。

ネットユーザがYouTube動画をクリックすると、信号がどこまで伝わり、どこかのデータセンター内のスーパーコンピュータが甲斐甲斐しく動いてくれている姿など想像しなくとも、ミリセカンド程度で、目の前に動画が現れてくれる。
こんなフリーサービスもクラウドと言えば、クラウドな世界。
自分の有償レンタルサーバ上で動いているちっぽけなソフトもクラウド。

FTTH Council Activities

FTTH Council (FTTHC) has been organized in 2001 for aiming global penetration of fiber-to-the-home including fiber-to-multi-dwelling unit. Please see the detail of their history as below.

http://www.ftthcouncil.org/en/content/ftth-council-history

At recent FTTHC European sector conference, it provided the global FTTH ranking of G-20 meaning FTTH broadband penetration statistics. http://shar.es/m5tTE

FTTH penetration number of Korea, Japan, Hong Kong, and Taiwan in East Asian countries is rather higher than that of other European, North American regions. Whereas, Latin American sector of FTTHC has been established in the last year and 2010 May conference will be held in Brazil. Like this, FTTH penetration in emerging countries may help their economical growth. http://bit.ly/aPORMy