2022 Fiscal Year Research-status Report
Educational technology for collaboration between computer programming and integrated circuit design
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22K02909
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| Research Institution | Ariake National College of Technology |
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Principal Investigator |
石川 洋平 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (50435476)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石橋 直 福岡教育大学, 教育学部, 准教授 (80802842)
清水 暁生 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (90609885)
野口 卓朗 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 講師 (20805626)
堀田 孝之 有明工業高等専門学校, 技術部, 技術長 (80450146)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | サーキットデザイン教育 / 半導体・集積回路 / 集積回路設計CAD / プログラミング教育 / メタバース / eスポーツ / ミクロなものづくり |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本は電子立国として革新的技術であるトランジスタを活かした産業で経済発展を遂げてきた。しかし、ハードウエアを教えることが難しくソフトウエアが中心となってしまったため、コピー不可で高付加価値の超集積化トランジスタものづくりが国内で衰退している。本研究では「サーキットデザイン教育というキーワードをプログラミング教育と同様に初等中等・高等教育で共通言語的でシームレスなカリキュラムとして構築・評価すること」を目的とする。オーダーメードのミクロなものづくりの過程で、プログラミングを「目的」ではなく「手段」として再定義し、匠の技術や歴史を教育工学の活力に育てることが狙いである。本研究では次の3つを念頭に実施する。
（１）サーキットデザイン教育の環境構築
（２）サーキットデザインCADを意識したプログラミング教育
（３）オーダーメードでミクロなものづくり体験の提供
本年度の実績は、半導体・集積回路の「レイアウト設計技術」に着目して、１．紙ベース教材 ２．メタバース・eスポーツ教材 ３．本物の集積回路設計CADを用いた教材を準備し、高専（教職員研修を含む）および、小中学校での実践教育を行ったことである。その他、地元自治体と連携して半導体・集積回路関連企業とeスポーツ関連企業の協力のもと、学内外に交流拠点を作り、科学コミュニケーションの推進も同時に行うことができたことである。本研究に関連する学外発表は「回路技術」「回路教育」「産学官民連携」に関して9件、特許申請1件を行った。※「サーキットデザイン教育」とは半導体・集積回路技術の多世代・早期教育手法の総称として研究代表者の石川が定義した言葉である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していたテキストマイニング・アイトラッキングによるデータ解析は行えていない。また、ミニマルファブに関する動きも静観中である。新型コロナの状況を考慮し、学会等での発表も最小限にする一方、地元小中学校や行政関連施設での地道な基盤づくりを重点的に行なった。昨今の半導体・集積回路関連の盛り上がりを受けて、特に、九州地区における「サーキットデザイン教育」の重要性が急激に高まったため、基礎研究的なデータ収集・データ解析よりも、より実践的な教育教材開発とアウトリーチ活動に舵を切った。したがって、基本路線はそのままで、より前衛的に研究を進めることができている。具体的には、以下の３つを実施した。
１．フォトマスクを模した型紙とトレーシングペーパーを用いたレイアウト設計教育教材を開発 ２．メタバース空間でのレイアウト設計ゲームを開発 ３．小中学校にて上記教材を用いた演習
産業界からの評判もよく、学外との連携の糸口となっている。
申請書に記載した計画を参考として示す。基本路線は変わっておらず、高専生に対してはファウンドリのシャトルサービスによるCMOSプロセスでの試作および計測も実習として実施している。
（１：解析）テキストマイニング・アイトラッキングによる匠の技データベースの構築 （２：教育）集積回路設計CADのプログラミング教育への適用 （３：試作）ミニマルファブを活用したオーダーメード集積回路設計への挑戦
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| Strategy for Future Research Activity |
半導体・集積回路の歴史や技術を紐解き、最も実際のデバイスに近い「レイアウト設計」に着目した。電子情報系技術が、トランジスタ・ハードウエアものづくり・ソフトウエアプログラミング・インターネットと変遷し、トランジスタが誕生した1940年代から約80年となる2025年をターゲットに研究を推進していく。現在までの研究進捗で述べた事項をより多くの世代や早期教育につなげていく。産業的観点では、ファブレス・ファウンドリ・OSATを意識した職業観を養うためのIC試作にもつなげていく。集積回路設計CADを用いた演習も早期に導入し、より身近にミクロなものづくりが体験できるような環境を提供する予定である。「サーキットデザイン教育」という言葉はまだ生まれたばかりであるが、プログラミングという言葉が広まったように、半導体・集積回路設計教育の共通キーワードとして定着することを目指す。
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| Causes of Carryover |
半導体・集積回路関連の経済的な盛り上がりもあり、外部資金による円滑なIC試作とCADの利用が可能となり、かつ、産学官民連携でサーキットデザイン教育普及活動も推進できたため、次年度への繰越が発生した。本研究の発展として、更に高度なメタバースとの新たな協調教育を考えており、高性能なPCが今後必要になる見込みである。したがって、繰越を次年度予算に加えた計画的な執行を行う予定である。
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