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イヤフォンジャック廃止や防水対応――分解して理解する「iPhone 7」の変化

ITmedia Mobile のロゴ ITmedia Mobile 2016/11/09
イヤフォンジャック廃止や防水対応――分解して理解する「iPhone 7」の変化: 製品画像。モデル番号「A1778」はIntelチップを採用するAT&Tモデル © ITmedia Mobile 提供 製品画像。モデル番号「A1778」はIntelチップを採用するAT&Tモデル

 2016年9月16日、世界で「iPhone 7」と「iPhone 7 Plus」が発売された。今回、筆者は日本では発売されていない米Intel製チップを搭載した米AT&Tモデルを見る機会に恵まれた。今回は、このAT&Tモデルの中身を紹介したい。日本モデルのみ対応しているFeliCaについて、ハード面での違いがあるのかについても触れたい。

※図版の画像はカナダの解析会社チップワークスの厚意により提供された。この場をお借りして御礼申し上げる

●Intelチップが復活

 初代iPhoneには、ドイツ半導体メーカーであるInfineon Technologies製のベースバンドチップ(通信専用プロセッサ)とRFチップ(通信IC)および電源制御ICが搭載されていた。Infineonは通信ICビジネスをIntelが取得したが、Intel名の新チップの登場は遅れ、旧Infineon製チップも姿を消し、過去数年はiPhone全モデルで米Qualcomm製チップが使用されていた。

 Intel製チップが姿を消したのはなぜか? 理由は種々あるが、最大の理由は主要な第3世代通信規格の1つ「CDMA」に対応していなかったことだ。ライバル会社のQualcomm製ICはCDMAをはじめ世界で使用されるほぼ全ての通信規格に対応しており、少数モデルを大量に生産するAppleとの親和性において、Intelが取得した旧Infineon製チップはユーザーが限定され不利だった。

 Intelの通信ICビジネス復帰第1弾が、2016年に発売されたiPhoneだ。ついにCDMA規格に対応したのかと思ったが、仕様を見るとCDMAには非対応のままであった。この状態でカムバックを果たしたということは、Appleにとって何か他の魅力があったという事になる。それは何だろうか。

 推測の域を出ないが、最大の魅力は価格であったと思われる。一般的に通信ICの価格は5ドル、ベースバンドICの価格は10.5ドル、電源ICの価格は3ドル程度で、合計すると20ドル近くになる。IntelはCDMAに対応しない代わりに、ライバル会社Qualcommより安価でICを提供したと予想される。全米最大の通信会社AT&Tは第3世代通信規格「W-CDMA」を採用するキャリアで、第2位のVerizonが使用するCDMAは不要であったため、AT&Tモデルへの採用になったと思われる。

 なお、確認できる範囲でさまざまな情報を集めたところ、今回のiPhoneにおけるIntelチップの割合は55%とのことだ。しかし日本モデルは全てQualcommのチップセットを採用している。

●イヤフォンジャック廃止が意味するもの

 イヤフォンジャックがなくたった点は外観上の大きな変更点の1つだろう。この内径3.5mmの端子が存在する限り、端末をこれ以上薄くすることは困難になる。薄型化がトレンドの1つであるスマートフォンにおいて、イヤフォンジャックの廃止は1つの解答でもある。2017年のiPhoneには、液晶パネルよりも薄い有機ELディスプレイが採用されると予想され、さらに薄くなるかもしれない。しかし本格的な薄型化にはSIMカードスロットなど物理的な厚みのある部品の変化が必要だろう。

 多くのスマホユーザーは自分のお気に入りのヘッドフォンを持っている。これを使い続けられるよう、イヤフォンジャックをLightningコネクターに変換するケーブルが新しく付属した。しかしこれを使っている間は基本的に充電できない。どうしてもバッテリー残量が気になる人は、これを機にBluetoothを使う無線ヘッドフォンに切り替える必要があるかもしれない。

●ホームボタンにTaptic Engineを搭載

 ホームボタンが固定されたことも外観上の大きな変更点の1つだ。iPhone 7/7 Plusは防水・対応(IP67等級)に対応し、従来のようにボタンを押したときの上下運動による隙間の発生で、内部に水やホコリが浸入することを防止するための構造上の設計変更と思われる。2016年のホームボタンはタッチすると「Taptic Engine」と呼ばれる重りが横に振動する。振動モーターが「コン」という振動を発生させ、ボタンを押したときに近い感触を返してくれる。

 画面を押し込んでショートカットを呼び出せる「3D Touch」に搭載されたTaptic Engineに対しては、「いまひとつ効果が分かりにくい」という意見が多かった。誰もが触れるホームボタンに対応したことで、多くのユーザーがTaptic Engineの効果を感じられるだろう。

●Taptic Engineの単価はいくら?

 多くのスマホの振動モーターは「偏心モーター」と呼ばれるタイプで、モーターの先に付いた軸の片側に半円形の重りを付け、これを回転させることで振動を発生させている。単価は25セント前後である。

 これに対し、iPhone 7の振動モーター「Taptic Engine」は前述の通り重りが横に振動する。サイズも偏心モーターより桁違いに大きい。日本電産や中国ZDTなどがTaptic Engineを生産しているが、単価については諸説ある。

 10ドル程度と見積もる一方で2ドル程度という見方もある。真相は不明だが、仮に10ドルとすれば、容量2GBのDRAMの単価に近づくことになる。超高額な製造装置のお世話になっている半導体メモリよりモーターの方が高価とは考えにくい。このため筆者は後者の2ドル程度という見方を支持している。これでも偏心モーター単価の10倍近い価格なので十分高額と思う。

●256GBモデルが新設

 写真や音楽を保存するフラッシュメモリ(ストレージ)の容量も大幅に増えた。従来のiPhoneは最大128GBだったが、iPhone 7では倍増して256GBが加わった。容量は3タイプあり、32GBは韓国SK Hynix、128GBは東芝、3D-NANDという新方式の256GBはサムスン電子がメインサプライヤーである。電子部品価格は緩やかに下がる中で、フラッシュメモリやDRAMなどメモリICはスマホの高機能化や中華メーカーの活況により需給が行き詰まり、Apple向け価格は2015年比で10%程上昇した。

●念願の防水・防塵(じん)対応

 iPhone 7では防水・防塵対応となった。特に防水は0から8まである等級の中で、水中で使うことを想定するダイバーズウォッチなどに次ぐ高い防水能力が認定された。海水対応ではないのでビーチでは使えないが、水の中に落としてしまった程度の水没であれば問題なく使用継続できる。製品が高額なだけに、防水対応を歓迎するユーザーは多いのではないだろうか。

 防水手段は主に2つある。1つは「ガスケット」と呼ばれ、樹脂のパッキンを構造物とボディーの間に挟んでネジ止めし、パッキンを密着させることで水の浸入を防ぐ方法。もう1つの手段は「防水シート」と呼ばれ、空気は通すが水は通さない性質を持つ。このような防水素材は日本の部材メーカーが得意としており、今回の防水・防塵対応の影の立役者なのかもしれない。

 一般的に、モバイル端末を防水・防塵対応にすると4ドル程度のコストアップになるといわれている。しかしガスケットや防水シートの価格はそれほど高くない。全部合わせても1ドル程度と思われる。差額分は、防水認証を得るための試験対策や保証などに費やされていると推定される。

●FeliCa搭載は日本だけ?

 日本のiPhone 7はついにFeliCaに対応し、Apple Payが利用可能になったことも話題を集めている。今回のFelica対応は、同じNFC制御ICに対するソフトウェア拡張で実現されており、Felica用に新たにICは搭載されていないようだ。米AT&TモデルにおいてもNFC周辺のIC構成は日本モデル同じで、理論的にはFelica搭載が可能だが、ソフトウェアによりNFCのみ対応となっているようだ。

●ソニー製のCMOSセンサーを搭載

 美しい写真を撮影する上で威力を発揮する光学式手ブレ補正(OIS)は、カメラモジュールの原価を4ドル程押し上げるため、上位機種限定の装備である。Appleも同様で、これまではiPhone 6s Plus限定であった。しかし今回はiPhone 7にも光学式手ブレ補正が装備された。

 デジカメとは異なり、スマホのカメラにはシャッターは付いていない。カメラのフィルムにあたるCMOSイメージセンサーをオンにして光を電気信号に変え、プロセッサで画像化する。

 照明を落としたレストランや夕方など光の量が少ないシーンでは長時間光を受ける必要があり、この際に手ブレの影響が出やすい。光学式では手ブレと反対方向にレンズを物理的に動かすことでブレを修正する。光学式だけが手ブレを補正する手段の全てではないが、高額スマホに搭載が進んでおり、今後とも普及が進むと思われる。

 カメラモジュールは日本メーカーが活躍する分野の1つだ。フィルムにあたるCMOSイメージセンサーはソニー製だ。CMOSイメージセンサーを支えるセラミック基板は日本ガイシや京セラが有名だ(iPhoneへの採用状況は不明)。レンズは中国のラーガン製と推定されるが、これらを組み立てているのはシャープやカンタツなど日本メーカーが多い。

●タイミングデバイスに大きな変化

 スマホに限らずデジタル機器にはタイミングデバイスが搭載されている。さまざまな周波数で動く電子部品のタイミングを合わせる指揮者のような役割を果たす。また無線通信を行う際の周波数調整にも使用されており、モバイル通信に加え、Wi-Fi、Bluetooth、GPS、NFCなど無線通信機器の塊であるスマホには必須の部品である。この分野も日本メーカーが活躍しており、市場のほぼ半分を日本メーカーが獲得している。金属パッケージに覆われた独特の外観のタイミングデバイスの中身は水晶の石と制御ICである。

 2016年のiPhoneではIntelチップ搭載モデル限定で、水晶に加え、シリコン製タイミングデバイスが1個搭載された。米国に本社を置くSiTime(日本のメガチップスが買収し、大真空が販売)の製品である。従来の水晶よりも衝撃に強く、シリコン上にICを作る要領で大量生産できるのが特徴だ。これまでは高い信頼性が求められる基地局や自動車に使用されていたが、モバイル機器にも採用が広がっているようだ。ちなみにApple初のシリコン製タイミングデバイスの採用はApple Watch初号機だった。

●高速通信あってのiPhone

 最新プロセッサや新技術を満載するiPhone 7であるが、その能力をフルに発揮できるのは通信回線がLTEなど高速通信に対応している場合である。LTE環境が全国規模で整備されている国は少ない。日本はその数少ない国の1つだ。筆者が滞在したことのあるユーロ加盟国でOECDメンバーの先進国でも、国会議事堂近くなど政府中枢エリアでも接続されるのは3G回線で、日本でサクサク動く環境に慣れている人には応答が遅いと感じるかもしれない。

 実際、通信網の整備が遅れている国や地域におけるiPhoneの普及率は高くなく、地下鉄などはた目で見てもiPhoneユーザーは少なかった。姿から海外旅行者と思われる人でiPhoneを持っている人は多かったが、現地では256GBモデルが1199ユーロと超高額で、売り場にも特設コーナーはなく、中国Lenovo、Coolpad、Meizuなど150ユーロ前後でLTE対応する端末などと一緒に並べて売られていた。

●分解者の視点から“バッテリー問題”を考察

 2016年9月にiPhone 7が発売されると、ほぼ同じ時期に、世界最大のスマホメーカーであるSamsung Electronicsの最上位スマホ「Galaxy Note7」がバッテリーの品質問題でリコールされた。販売再開後も問題が発生し生産停止となった。製品を分解している者の視点から、今回の問題を推察してみた。

 世界の大手バッテリーメーカーとしては、Samsung SDI、TDK傘下で香港に本社を置くAmpelex Technology Limited(ATL)、ソニー、LGなどが知られる。今回問題となった機種ではSamsung SDIとATLのバッテリーが使用されていたが、この採用傾向は以前からのもので今回特段変わったわけではない。

 バッテリーの中身は、ゲル化させた電解質をセパレータと呼ばれる膜で隔て、これを折り重ね、厚さ4mm程度の長方形のセルを構成している。これに加え、余り目に付かないが、バッテリー本体に制御チップが搭載されている。

 Samsung SDIとATLのバッテリーはSamsungの他の機種、またSamsung以外のスマホでも多用されているが問題が発生しているとの報道はない。このためバッテリー本体の問題である可能性は少ないと筆者は考える。

 お恥ずかしい話だが、筆者はスマホを分解している際に何度かバッテリーを傷つけ発火させてしまったことがあるが、これはいずれもiPhoneだった。筆者の分解がヘタなだけであるが、リチウムイオン・ポリマーバッテリーはどれも一様にデリケートで傷つきやすいのだ。

 現時点で不具合の原因の可能性が高いのは、バッテリーと一緒に搭載されているバッテリー制御チップのソフトウェアではないかと推測している。制御チップそのものは汎用(はんよう)性の高いものであるが、そこに書き込むソフトウェアはスマホの各モデルに最適化されている。さまざまなスマホで使用されているバッテリーメーカーの製品がNote7に限って不具合を起こしていることから、Note7用に作成されたソフトウェアに不具合があったのかもしれない。

●5Gでバッテリー問題はどうなる?

 間もなく次世代通信規格5Gのサービスがドラフト版で開始される。3GHz以降の高い周波数帯と、数100MHz〜1GHz以上の帯域を使うことで、現在のLTEよりもさらに高速通信が可能になる一方で、端末の消費電力も増えてゆく。

 しかしバッテリーの高機能化は限界に達しており、技術革新によるバッテリー能力の向上は年10%に満たない。3Gサービスが始まった時もバッテリーの稼働時間が短い点を懸念する声があったが技術陣は見事に解決した。課題山積状態ではあるが、5Gでも安全に配慮しながら見事に解決されることを願いたい。

●2017年のiPhoneはどうなる?

 2017年はいよいよiPhone誕生10周年だ。Appleは気合の入った新端末を投入すると予想されている。ユーザーが希望する能力や機能が一通り実現された今、2017年のiPhoneに早くも期待が高まっている。みなさんはどんなことを期待されるだろうか。

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