Cutting Edge
「省電力・超小型・高性能」の半導体技術が、
宇宙産業の未来を変える!?
2020年1月17日
2019年9月、宇宙ステーション補給機「こうのとり」8号機が打ち上げられた。8号機が運んだ物資の中には、株式会社ソニーコンピュータサイエンス研究所（以下、ソニーCSL）がJAXAと共同開発した小型衛星光通信実験装置「SOLISS」（Small Optical Link for International Space Station）が含まれていた。いよいよ始まったソニーの技術の宇宙転用。いったいそれが何を意味するのかを知るべく、ソニーVice President・廣井 聡幸と、ソニーイノベーションファンドを通じて連携を取る、宇宙スタートアップ、インフォステラの共同創業者兼CEO・倉原 直美に話を訊いた。
プロフィール
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廣井 聡幸
ソニー株式会社
Vice President
R&Dセンター -
倉原 直美
株式会社インフォステラ
CEO
衛星データは「つながっていない」
──まずは、インフォステラがどのような活動を行なっているのか教えていただけますか？
倉原：インフォステラは、「衛星運用に必要な地上側のシステムをシェアする」サービスを運用しています。サービスを使う方の視点によってビジネスモデルの言い方が変わるのですが、おおむね、シェアリングプラットフォームであったり、地上システムをサービスとして提供しているといった言い方になるかと思います。
通常、衛星にデータをアップロードしたりダウンロードしたりするためには、地上側の設備が必要です。ただし周回衛星は、軌道の関係上、通信時間が限られています。日本の場合だと、ひとつの周回衛星に対して1日に1時間程度しか通信時間が確保できません。ですので、周回衛星や低軌道衛星と呼ばれているものについては、世界中にネットワークを持たないと長い通信時間を得られないのです。
ただ、海外に通信設備を持つことはハードルが高い。当然、設置する費用がかさみますし、レギュレーション的な問題もあります。例えば日本もそうですが、海外の資本に対して無線免許を発行しない国がかなりあるからです。そういった費用とレギュレーションの問題で、世界中にネットワークを作ることは難しいわけです。ということでほとんどの衛星事業者は、自分の国に1カ所だけ設備を持ち、ミニマムの通信を行なっているというのが現状です。
この状況を解決するために、「いろいろな人たちが空き時間を融通しあったら、その問題が解決するのではないか」と考え、地上設備を衛星運用者間でシェアするためのプラットフォームを立ち上げました。
考えてみるとこのサービスは、アンテナを事業として売っている方々の問題も解決していることに気が付きました。衛星運用者は専門の通信事業者からアンテナを借りていますが、これまで通信事業者は、自分たちのネットワークだけを提供していました。国内には大手が2社あるのですが、それぞれが独自のネットワークを持ち、2社間の連携はありませんでした。つまり、地上のインターネットのように、日本、アメリカ、ヨーロッパのキャリアが接続しているような状態ではありません。衛星向けの地上側の通信網の標準が、そもそも存在しない状況にあるということで、産業構造の問題も解決していることになるのではと考えています。
──なぜインターネットのような連携が取れていないのでしょうか？
倉原：これまでは国や宇宙機関の利用が多かったことが連携を阻んでいた理由のひとつかもしれません。もうひとつ、ニーズそのものが少なかったことも挙げられます。JAXAにしても、1回のプロジェクトで作る地球観測衛星は1機が普通で、複数作ることはまずありませんでした。しかし2010年代に入ると製造コストが下がり、1回のプロジェクトで複数の衛星を使ってひとつのミッションを行なうコンセプトが実現可能になりました。その段になってようやく、世界的なネットワークに対するニーズが高まってきたのではないかと思います。
廣井：確かに各国でいろいろレギュレーションが違うのは、非常に大きな問題だと思います。倉原さんのような考え方でビジネスをされている会社は、ワールドワイドで見ると他にもあるのでしょうか？
倉原：アメリカのRBCシグナルズという会社が同じようなコンセプトを出していますし、アンテナをはじめとする通信設備を所有していて、それを貸し出すというサービスを行なっている会社はいくつかあります。あと、大きいところですとAWSも参入しようとしています。
──今後の課題を挙げるとすると？
倉原：まだ通信の標準がないので、いろいろな設備とのつなぎ込みインターフェイスを個別にやっています。そのフレキシビリティがうちの武器でもありますが、ソフトウェア上の変更で済めばいいのですが、ハードウェアを変更せざるを得ない場合も見えていて、そういうハードウェアのフレキシビリティをどう作っていったらいいのか模索しています。いまは、うちのフレキシビリティで対応できるところからつなぎ込みをしていますが、それでは対応できないところが後回しになってしまっていることが今後の課題です。
スタートアップと知財の関係性
──ところで、ソニーとインフォステラはどのような面で連携を取っているのでしょうか？
廣井：知財の部分です。ソニーには「ソニーイノベーションファンド」というCVC（Corporate Venture Capital）があるのですが、その一環で知財面でのご相談をいただき、知財の戦略的なところから出願といったところを見させていただいています。あと、衛星に興味があるエンジニアはソニーの中にもたくさんいるので、いろいろなディスカッションの機会をインフォステラさんにいただいています。
倉原：私たちの事業フェイズだと、技術開発やセールスといったことにどうしても重点がいってしまい、知財は後回しになりがちだったのですが、「さすがにそろそろ考え始めないとまずいよね。でもどこから手をつけたら……」という時期にアドバイスをいただいたので、本当に助かりました。例えば、2018年12月に他社が競合に近いサービスを発表しました。その時点では既にアドバイスをいただいていたので手遅れにはならなかったのですが、もし知財に対する準備をしていなかったら相当まずかっただろうなと思います。付き合いがある他のスタートアップに聞いても、10〜20人程度のチームでやっているところが多いのですが、知財を見る人材はほとんどいません。やり始めるとすごく大事だなと思いますが、やり始めるまでのハードルが高いので、そこをサポートしていただけたのはとても助かりました。
廣井：こちらとしても、ここ数年、宇宙関係の話が来るようになり、JAXAさんと話をしたりしていると、ソニーが持っている技術を活かせる道筋がいろいろ見えてくるのです。宇宙に限らず、異業種同士が交流することはイノベーションを起こすうえで非常に重要だと思います。実際、私たちはずっと民生用電子機器に携わってきたわけですが、社外からは「民生用だから大したことないよね」と思われがちです（笑）。でも実は、ものすごく凝縮されたテクノロジーを持っています。それが宇宙をはじめとしていろいろな分野に応用されていくチャンスはあると思います。
来るべき「トリリオンセンサーの時代」に向けて
──「衛星データを使う」というニーズは、近年、どのような伸びを見せているのでしょうか？ また、どのようなジャンルの人たちが使うようになってきているのでしょうか？
倉原：衛星の数を追いかけているのですが、2015年以降、毎年200〜400機のペースで打ち上がっています。主にスタートアップや大学といった新たなプレイヤーが参入していることが増加の要因で、この傾向はもうしばらく続くと考えています。
新しいプレイヤーたちが何をしているかというと、アカデミアの場合はそれこそ千差万別です。スタートアップの場合だと、当初は地球観測衛星が多かったのですが、ここ数年は通信、といっても低速で遅延を許容するようなストアアンドフォワードといったり、IoT系通信といったり、呼び方は複数ありますが、インターネットのための動画を自由に見たりといった用途とは違う、低速の通信の衛星が多くなっているように感じます。
──そうした低速の通信は、どのような用途で使用されているのでしょうか？
倉原：まさにIoTやM2Mですね。センサーデバイスのロギングデータのようなものを衛星で直接受信して、何かしらデータを解析する人のところに届けるというアプリケーションが増えてきている印象です。
廣井：そこで使われているのがLPWA（Low Power Wide Area：低消費電力広域）通信技術でしょうかね。
倉原：そうですね。
──そこにLPWAの技術が使われているわけですね。
廣井：やはり遠くまで飛ばすとなると、LPWAの技術が必要になります。これからは、宇宙に限らず地球の様々な場所にセンサーが敷設される「トリリオンセンサーの時代」といわれていますが、センシングしてデータを集め、AIを使って未来予測をすることで、効率化であったり、不都合なことが起こる前にいろいろ予測してアクションを起こすということが、これからのサステイナブル社会において重要になってくると考えています。
そのためには、人が住んでいないところのデータも取らなければなりません。よく携帯電話網は、人口カバー率98%といいますが、国土面積でいうと60%しかカバーしていません。経済効率性もあって人里離れたエリアに基地局をたくさん建てられないので、必然的に遠くまで飛ばす通信が必要になってきます。一方で、電池交換を頻繁に行なうわけにもいかないので省電力が求められます。1ビットの情報をどれだけ遠くまで飛ばせるかには物理限界がありますから、限られた電力で遠くと通信するには情報量を落とさなければいけません。そういう制約があるわけですが、センサーですと、エッジ側でAIを使って情報量を落としたりすることで遠くまで飛ばせるようにする技術がこれから増えていくと思います。問題は、人間が住んでいないところは山が多いので、山頂に基地局を設置しないとカバーし切れないのですが、各山頂に設置するのは無理があります。全部をカバーするとなると、衛星に直接飛ばすことが必要になってくるのです。ちなみにソニーが開発したELTRES™というLPWA技術は、送信電力20mW（ミリワット）で321kmを飛ばした実験データを持っています。
倉原：宇宙ステーションの高度が約400kmなので、近いですね。
廣井：理論的には3000km飛ぶのですが、なにぶんまだ実験したことがないので確かなことは言えません。実験してみると不思議なことがいろいろ起こります。例えば長距離の場合、電波の強さが変動します。現在日本で使用しているLPWAは920MHz（メガヘルツ）帯なので、雨の影響などは受けないのですが、送信機と受信機の置き場所を変えたわけではないのに、数分ごとに変動するんです。はっきりとした原因はわからないですが、光と同じように電波も最短時間で届くルートを選ぶので、微妙に空気中の水分子などの影響を受けて空間の屈折率分布が変わり、電界強度分布が変動するのかなと考えています。近距離の場合は屈折率のずれが積み重ならないのでさほど位相は変わらないのですが、100kmを超えてくると、920MHzだと波長がだいたい30cmなので、ちょっとしたディレイが積み重なって位相が変わってきます。
──そうした謎の解明も含めて、宇宙との通信実験を行なってみたいと考えていらっしゃる？
廣井：衛星を上げるとなるとお金がかかりますから、そう簡単にはいきません（笑）。LPWAの事業は2019年からスタートし、現在はエリアを拡大する計画を立てていますが、「衛星を使うとすべてをカバーできるね」という話は関係者としています。
倉原：LPWAは、衛星の事業者も非常に注目しています。先日、LoRaWAN™ （※1）が衛星に乗ったという話がありましたし、試してみたいと考えている事業者はたくさんいると思います。
廣井：LPWAの用途を突き詰めると、いかに安定して長距離を飛ばすかが重要なのですが、それには数デシベルというギリギリのところが勝負になってきます。その点に関していうと、ソニーのELTRESは、いままでTVチューナー等で培ってきた「誤り訂正技術」や「変調・復調方式」といった信号処理のノウハウを応用しています。あとは、非常に高速で移動していても強いという特徴を持っています。
倉原：衛星通信は、70年代の通信技術がいまもそのまま使われています。一度使われて、通信できたという実績が重要視される「失敗できない世界」だからです。その点でいうと、おそらく、LPWA以外にもいろいろな通信関連技術が活用されるべきだと思います。
光ディスク技術、宇宙へ
──ソニーは現在、どのようなカタチで宇宙と関わりを持っているのでしょうか？
廣井：ソニーCSLで、「長距離空間光通信軌道上実証」というプロジェクトをJAXAさんと共同で進めています。無線だとどうしても混信や干渉などがありますし、通信の容量の問題があります。その点、光通信ならば、衛星間や地上との大容量リアルタイムデータのやり取りが可能になるかもしれません。2019年には「こうのとり」８号機に載って国際宇宙ステーションまで実験用機材が届けられました。
──光通信というのは、具体的にどのような技術なのでしょうか？
廣井：ソニーが以前から持っている光ディスクの技術です。具体的には「ディスクにレーザー光線を当てて読む」というミクロの世界の高速トラッキング技術を衛星に当てるのに使う実験なんですが、これが実際当たるんです。私自身、最初に話を聞いたときは「そういう使い方があるのか」とびっくりしました。光の場合はかなりのバンド幅が取れますので、無線では送れなかった大容量の映像データなども、地上とやり取りできるようになるかもしれません。
ELTRESはまだ宇宙での実験が具体的に決まっているわけではないのですが、そもそもLPWAはそれほどデータレートが出ないので、地上からのセンサーデータを各々衛星に上げるときにはLPWAを使い、一度に大量のデータを地上へ下ろすときには光通信を使う、といった組み合わせは相性がいいと思います。
ソニー製の半導体を、
宇宙環境で性能評価する意味
廣井：もうひとつ、JAXAさんとは別のプログラムも進んでいます。「革新的衛星技術実証２号機のテーマ公募」が以前ありまして、私がLSI開発のリードを担当した「SPRESENSE™」という小型で低消費電力のマイコンボードを、宇宙環境で性能評価していただくことになりました。ウェアラブルデバイスやIoTデバイスでは、小型で低消費電力かつ高性能なプロセッサーが必要になるわけですが、「SPRESENSE」は、一般的な半導体製造プロセスとは異なりFD-SOI（Fully Depleted Silicon On Insulator）という、電圧を落としても動くようなシリコンウェハーを使ったプロセスでLSIを作っています。
FD-SOIは宇宙放射線に強いという特性を持っています。放射線はエネルギーがありますから、当たると電子が励起して誤動作を引き起こします。それを防ぐための手段として、FD-SOIを使ったマイコンボードの性能を宇宙で試していただくというわけです。
トランジスタのサイズが大きければ少しくらい電子が励起してもあまり影響を受けませんが、どんどん微細化していくと、半導体でよく使われるバルクプロセスでは支障をきたしてしまいます。今後、低軌道衛星や価格の安い衛星をたくさん打ち上げ、それぞれの衛星でいろいろな処理をしたいというトレンドというか要望があるなかで、この技術にJAXAさんも注目してくれたというわけです。ちなみに「SPRESENSE」にはマイコンが６つ、GNSS、加えてハイレゾ対応のオーディオも入っているという、一見IoTなのか何なのかわからないものなのですが（笑）。
倉原：実は私、大学の学部時代の研究テーマが「シングルイベント」でした。衛星側で半導体部品のエラーや故障が起きる仕組みを学んでいたので、とても懐かしいというか技術の進歩に驚いています。こんなに小さくできるんですね。
廣井：いまは衛星自体も小さいですし、対流のない環境で熱を逃がすためのファンを設置するわけにもいきません。現状、黒体放射で熱を逃がすしかなく、また宇宙環境では温度変化が激しいので断熱材で囲っていることもあり、熱がこもってしまいます。それもあって低消費電力というのは、電池の持ちという意味もありますが、熱の面からも、今後ますます重要になってくると考えます。
倉原：確かに「高速処理したいけれど熱が……」というジレンマは常にあったと聞きます。これまで、衛星側に搭載するコンピューターはそこまで高速ではありませんでした。幅が20cmくらいで厚みも結構あるようなコンピューターですが、処理能力はスマートフォン以下みたいなものだそうです。もっと大きければ、液体窒素や水冷システムを持っている衛星もあるかもしれませんが、そうすると今度は故障のリスクが伴います。なので、こういうチップの技術は衛星メーカーさんがすごく欲しがると思います。最近はFPGAみたいなものを搭載している大学も出てきていますが、やはり熱設計がものすごく大変だと聞いています。
廣井：これまでソニーが培ってきた小型化をはじめとするノウハウが、宇宙に展開できるというのは嬉しいですね。私も最初は思いもよらなかったのですが。
倉原：宇宙ってハイテクの業界だと思われがちで、実際すごいハイテクを使っている部分もありますが、総じて、技術自体は地上のほうがハイテクだと思います（笑）。
衛星からのリアルなデータはエンタテインメントになる
──ソニーが宇宙産業に参入し、衛星データがどんどん安定したり、リッチになってくることで、今後宇宙ビジネスはどのように変化してくるとお考えですか？
倉原：もっと簡単に、いろいろなビジネスができるようになると思います。大学で生まれた小型衛星のすごかったところは、「あっ、これでできちゃうんだ」というところを見せたことだと思います。「10cmの衛星でも動くんだ」「秋葉原で買ってきた部品でも宇宙で動くんだ」といった感じで、JAXAだったら見せられなかったであろうことをやったことがすごかったのかなと。それが一度起こると、いろいろな人が「自分もできるかも」と考え、結果としてプレイヤーが増えました。人が増えないと産業自体が広がっていかないので、そこが大きいと思います。技術の障壁が下がると、アイデアを持った人たちやビジネスに強い人たちが入って来られるようになるので、技術だけで動いていた世界が拡がります。そうした現象が、ソニーの技術が宇宙に行くことで加速するのではないかと思います。
──エンタテインメントの方向では、どのような変化が起こるとお考えですか？
廣井：あるとき「人の行動はどんなときに変わるのだろう」と考えたのですが、「やはりこころが動かされないと変わらないだろう」という結論に至りました。その点、エンタテインメントというのは感動体験をもたらす大きな手段だと思います。
宇宙飛行士の土井 隆雄さんが以前、「宇宙ステーションで生活して、ずっと宇宙から地球を見ていると、『やはり地球はひとつだ』ということを強く意識するようになるけれど、地上に戻ってくると、戦争をしていたり、いろいろなところで環境汚染の問題が起きている」といったことを講演でおっしゃっていました。なぜこんなギャップが生まれるのかと悩んだ末、土井さんは、「みんなが宇宙旅行を体験すべきだ」ということで、宇宙旅行の意義を唱えていらっしゃいました。
とはいえ、まだまだ相当裕福な人しか宇宙へは行けません。その代わりに、客観的に地球を見つめることができるようなエンタテインメント作品によって感動体験を提供できるのならば、「ひとつの地球」という概念をこころに宿らせ、行動の変化を呼び起こすことができるかもしれません。それは、サステイナブル社会の実現に向けて非常に価値のあることではないかなと思います。
ソニーはこれからも、みなさまに感動を提供する企業であり続けたいと考えているわけですが、この先、感動のかたちがさらに多様化していくにあたって、異業種の方々と連携していくことが大切だと思っています。これからの時代、ひとつの企業だけでは到底担えないような社会課題に対して、いろいろな企業がそれぞれ得意なところを出し合い、ときには競争し、ときには共創するような方向へ向かっていくと考えています。そのなかで、ソニーのR&Dはどういう役割を担うべきかを考えながら、結果として新しい感動価値を提供できればと思います。
※1. 半導体メーカーのSemtech Corporation、IBMなどの「LoRa Alliance™」メンバーが策定したIoT向け通信規格のひとつ。LoRaWAN™の名称は、Semtech Corporationの商標です。
