米国の研究者が新型コンピュータロジック技術を開発　既存の最大100倍のチップエネルギー効率実現へ

米国の研究者らが、ナノスケールの機械的ひずみを利用して情報を処理する新しいコンピュータロジックを開発しており、最終的には既存技術の最大100倍のエネルギー効率を実現できる可能性がある。このプロジェクトは国防高等研究計画局（DARPA）から1,060万ドルの資金提供を受け、ジョージア工科大学電気・コンピュータ工学科の副教授Asif Khan博士とそのチームが主導している。この資金は「Fast and Curious」プログラムから提供されたもので、現在の最先端技術と比べて少なくとも100倍効率的なロジック回路の創出を目指すものである。

Khan氏は「電荷、光、磁場、ひずみのいずれであれ、計算は情報がどのように伝わるかを問わず、それが信頼性をもって1と0を表現できるかどうかだけを気にする」と語る。さらに「私たちのアプローチは、複数の情報伝達方式を統合することで、別の道を切り開いている」と続けた。

新型計算技術の動作原理

チップの効率を高める従来のコンピュータは、数十億個のトランジスタを通じて電荷を移動させることで情報を処理している。これらのトランジスタはマイクロスイッチのように動作し、オンとオフを切り替えることで二進法の1（はい）と0（いいえ）を表す。しかし研究チームは、機械的ひずみがデータを処理する別の方法を提供する可能性があると考えている。彼らの技術はMechanical-Enhanced Ferroelectric-Activated（MEFA）ロジックと呼ばれ、電圧を印加するとわずかに膨張または収縮する強誘電体材料を使用する。この運動が增幅され、近接する半導体チャネルに伝達されて電流の流れを制御し、ロジック状態間を切り替える。

Khan博士は「新しい計算技術が最終的により広範な半導体エコシステムに統合できる場合にのみ、真に有用なものとなる。我々は最初から製造可能性と統合性を考慮している」と述べた。Khan氏によれば、このアプローチは実用的なシステムに必要な速度と機能を維持しながら、計算に必要なエネルギーを大幅に削減できる可能性がある。

DARPA計画の背景と目標

このプロジェクトはDARPAの新しい計算手法を探索する計画の一環で、現在の complementary metal-oxide-semiconductor（CMOS）システムを超越できる技術を探索することを目標としている。CMOSは現在、スマートフォンプロセッサから人工知能に使用される強力なコンピューティングハードウェアに至るまで、ほぼすべての現代コンピュータチップの基礎を構成している。CMOSは電池で動作する小型メモリであり、日付、時刻、ハードウェア構成などの重要なシステム情報を保存し、コンピュータとそのハードウェアコンポーネント間の対話を制御する basic input/output system（BIOS）設定を跟踪する。

DARPAの「Fast and Curious」プログラムは、先進的な半導体製造との互換性を維持しつつ、より効率的に動作できる新しいデバイス、材料、コンピューティングアーキテクチャの創出を科学者に求めている。ジョージア工科大学が主導するこの取り組みには、ライス大学と南カリフォルニア大学からの研究者、ならびにノースロップ・グラマン社スペースパーク鋳造所の科学者も参加している。このチームはMEFA技術を単一デバイスからより複雑な回路へと発展させることを目指している。最終的に、彼らはエネルギー要件を大幅に削減できる実用的なコンピューティングプラットフォームの実証を希望している。Khan氏はプレスリリースで「エキサイティングなのは単なるデバイス物理学だけでなく、実際のコンピューティングシステムに必要な速度と機能に極めて低いエネルギー消費を組み合わせる可能性である」と総括した。

項目	仕様
プロセッサ	MEFAロジック
エネルギー効率向上	100倍

将来の計算に対するMEFA技術の潜在的影響

MEFA技術の開発は、エネルギー効率の面で特に、計算技術における重要な進歩を代表する。エネルギー効率への需要が高まる中、この技術はエネルギー消費を削減するだけでなく、計算速度と機能を維持しながら将来の半導体技術に新しい方向性を提供する。DARPAの支援は、政府が革新的なコンピューティングアーキテクチャを重視していることを示しており、業界全体の発展を推進し、より環境に優しいコンピューティングソリューションを促進する可能性がある。