システム設計の要諦は電力管理
システム設計の要諦は電力管理：福田昭のデバイス通信 ARMが語る、最先端メモリに対する期待（1）（2/2 ページ） 「ムーアの法則」に従わないもの 半導体業界を代表する経験則と言えば、「ムーアの法則」である。ムーアの法則が半導体チップの革新をけん引し、半導体システムの急速な進化を後押ししたことは間違いない。ARMが得意とする携帯電話機の分野でも、半導体チップの相次ぐ革新によってシステムが急速に進化し、携帯型コンピュータであるスマートフォンを生み出した。 ただし、システムの構成要素には一部、「ムーアの法則」に従わないものがある。その代表は「バッテリー（電池）」だろう。例えば1998年の携帯電話機と2015年のスマートフォンを比べると、半導体とバッテリーの進化の違いがよく分かる。1998年の携帯電話機が搭載していたシステムメモリ（RAM）は64Kバイト、ストレージ（フラッシュメモリ）は1Mバイ
コンピュータアーキテクチャの話(302) 最新CPUで採用 - 同じパッケージに搭載される安定化電源技術
オンチップの安定化電源 IntelやIBMは、CPUチップ上、あるいはCPUと同じパッケージに搭載する安定化電源の研究を行ってきており、2014年2月のISSCCで、IntelはDesktop向けのHaswellプロセサ、IBMはPOWER8プロセサで、オンチップの安定化電源を搭載し、コアごとに、負荷状態に応じて最適な電源電圧を供給する構造を採っていることが発表された。 現在のマザーボードに乗っている通常の安定化電源のスイッチ速度は、数10KHzから数MHz程度であるが、オンチップの安定化電源では高速のトランジスタが使えるので、100MHz以上のスイッチを行うことができ、IntelのHaswellの安定化電源では140MHzでスイッチしている。スイッチの1サイクルにコアやその他の回路が使うエネルギーは、サイクル時間に比例するので、エネルギーを蓄えるインダクタやキャパシタはスイッチ周波数に逆
最新のハイパフォーマンスチップの話題が集う「Hot Chips 25」(25) DDC技術の活用によりCortex-M0プロセサの電力半減を実現したSuVolta
SuVoltaは、Deeply Depleted Channel(DDC)というトランジスタ構造を発明し、その技術をライセンスする会社である。しかし、LSIを作って実証しないと中々信じてもらえないので、各社とタイアップしてDDC技術を製造プロセスに取り入れ、LSIを作るという努力を行っている。 SuVoltaは昨年のHotChips 24でもDDCの原理とメリットについて発表を行ったが、今年はCortex-M0プロセサを実際に製造して、消費電力を半減という具体的な成果を発表した。なお、Cortex-M0はARMの組み込み用のコアで、IoTの時代には大量に使用されると見られている。 SuVoltaのDDCトランジスタは次の図のような構造になっている。なお、この図では、ゲート絶縁膜は描かれていないが、当然、存在する。ゲート絶縁膜の直下にはドーピングなし、あるいはごく薄くドープされた厚みの薄いシ
酸化ガリウムのパワー半導体、SiCよりも高耐圧・低損失に【前編】
酸化ガリウムのパワー半導体、SiCよりも高耐圧・低損失に【前編】 NICTやタムラ製作所らがトランジスタを試作
北大、理論限界を大きく下回る低消費電力トランジスタを開発
北海道大学(北大)は6月13日、半導体中のトンネル効果を用いることで、従来のトランジスタの理論限界を大きく下回る低消費電力トランジスタを開発したと発表した。 成果は、JST 課題達成型基礎研究の一環として、JST さきがけ専任研究者 冨岡克広氏、北海道大学 大学院情報科学研究科 福井孝志 教授らによるもの。 半導体は、構成要素のトランジスタを小さくし集積度を増やすことで、性能を高めてきたが、トランジスタをさらに小さくすることに限界がきている。トランジスタを小さくすると、スイッチに使用しない電流が漏れ出すリーク電流が大きくなるためで、現在では、トランジスタ構造を平面から立体的な構造にすることでリーク電流を抑制し、性能を高める手法が取られている。さらに、小さな電圧でシリコンよりも電流が流れやすい材料などの導入も検討されているが、これらの技術はいずれも限界が訪れる。トランジスタのサブスレッショル
ガラスと樹脂で作った電池、リチウムを超えるのか
イーメックスは2012年2月、リチウムイオン二次電池を上回る長寿命で低コストな新型電池「高分子・ガラス電池」を開発した（図1）。 従来のリチウムイオン二次電池の性能は頭打ちになっているが、正極と負極に新材料を用いることで性能向上を果たしたという。「現在、性能評価を終えて、小型の連続製造装置が完成したところだ」（イーメックスの代表取締役である瀬和信吾氏）。 同電池の特長を一言でいうなら、エネルギー密度に優れる二次電池と、パワー密度に優れるキャパシタの良いところ取りをした電池である。小型の電気自動車（EV）や太陽光発電システムとの併用などに向くとした。キャパシタに向く用途、すなわちEVのエネルギー回生や建機などにも役立つという。 図1 イーメックスの高分子・ガラス電池 高分子・ガラス電池の試作品（図左の白い板）と正極（図中央）、負極（図右）。正極は連続生産するために帯状になっている。負極は金属
カーエレクトロニクスの進化と未来(30) エネルギーハーベスティングによるタイヤ空気圧モニタリングシステム -IMEC
この連載が始まってから今回で30回目を迎えるが、最初の連載の2008年ではカーエレクトロニクス分野に参入しているメーカーはそれほど多くなく、主だった企業はルネサステクノロジとNECエレクトロニクス(共に現在ルネサスエレクトロニクス)、東芝などの日本勢に加え、ドイツのInfineon Technologies、米国のFreescale SemiconductorやAnalog Devicesなどだった。今や、米国のLinear TechnologyやTexas Instruments、Intersil、欧州のNXP Semiconductors、STMicroelectronicsなども加わり、カーエレが世界的なブームになりつつある。今や、半導体の研究開発会社である、IMECもカーエレ分野に入ってきた。 カーエレに対する欧州グループの勢いは、機械を半導体に置き換えた結果の素晴らしさを理解する
【レポート】COOL Chips XIV - AMDの省電力技術を詳しく解説したFoley氏の基調講演 | エンタープライズ | マイコミジャーナル
横浜で開催されたCOOL Chips XIVの最終日に、AMDのシニアフェローのDenis Foley氏がAMDのFusion APUである「Zacate(商品名はE-350)」について基調講演を行った。 AMDのZacateに関して基調講演を行うFoley氏 Zacateは2個のBobcatプロセサコアとグラフィックスやビデオ機能を1チップに集積したチップで、AMDではこのようなCPUとGPUを集積したチップをAccelerated Processing Unit(APU)と呼んでいる。 Zacateは40nmのバルクCMOSプロセスで製造され、チップ面積は75平方mmである。プロセサのクロックは1.6GHzでありL2キャッシュは半分の80MHzクロックで動いている。そして、GPU部分のクロックは492MHzとなっている。 Bobcatコアのクロックの1.6GHzはIntelのAtomと
パワー半導体が変える電力の未来、GaNが先導か
なぜGaNなのか パワー半導体で重要視される性質は、材料のバンドギャップや電子移動度、絶縁破壊電界と熱伝導率、飽和ドリフト速度だ。いずれも物質ごとに固有の特性値であり、Siを使う限り限界を乗り越えることはできない。 パワー半導体としての性能に影響する物性がSiよりも優れた半導体がある。GaN（窒化ガリウム）とSiC（炭化ケイ素）だ。どちらもSiパワー半導体よりもスイッチング損失が低くなる他、絶縁破壊電界が大きいため、半導体を薄型化でき、オン抵抗も小さくなる。スイッチング損失だけでなく、導通損失も下がり、変換効率が高まる。高速スイッチング動作時でもSiより損失が低くなることがメリットだ。 それではGaNとSiCのどちらが有望なのだろうか。先ほど挙げたさまざまな物性値を比較すると、熱伝導率以外、GaNがいずれも10％程度勝っている。ただし、熱伝導率ではSiCがGaNと比較して約3倍高い。物性値
SiC基板の特許、デンソー、Cree、新日本製鉄が強い
電気自動車や太陽光発電の高性能高効率化を進めるためにはSiCパワー半導体が役立つ。注目を集めるSiC基板でどの企業が強い特許を保有しているのか、パテントリザルトが分析した。 特許分析ソフトウェアなどを開発するパテントリザルトは、2011年4月12日、特許ごとの注目度を重み付けして点数化する同社のパテントスコア技術を適用し、SiC（炭化ケイ素）基板の特許について関連企業を評価した。 SiCは、半導体としての物性がSi（シリコン）に比べて優れており、SiC基板を使うことで小型で効率の高いパワー半導体を製造できる。2010年から2011年にかけて、電気自動車や太陽光発電用パワーコンディショナなどに向けた素子の製品化が始まっている。 同社によれば、SiC基板の特許総合力に優れた5つの企業は、上位から順に、デンソー、米国のCree、新日本製鉄、豊田中央研究所、住友電気工業だという（図1）。 図1 S
アルティマ、温度差2℃で発電する「熱電変換ソリューション」を国内で発売 | エンタープライズ | マイコミジャーナル
半導体の輸入、開発、販売を手がけるアルティマは、環境発電(エナジー・ハーベスト)向け製品を展開する米Perpetua Power Source Technologiesと販売代理店契約を締結、同社の温度差発電「熱電変換ソリューション」製品の販売開始することを発表した。 Perpetuaが提供する熱電変換ソリューション「Power Puck Module」は、温度差2℃〜100℃で発電可能なシステムで、廃熱からでも再生可能な電源システムを構築することが可能。1.8/2.5/3.0/3.3V(3.0V以外はオプション)の電圧出力に対応しており、使用するバッテリとの電圧の調整が可能となっているほか、Crossbow、Digi、Dust Networks、Dynastream、Ember、EnOcean、Millennial Net、Texas Instrumentsなどの主要なワイヤレスセンサベ
【レポート】SC10 - Exascaleに立ちはだかる消費電力とプログラミングの壁 (1) プログラムが書けなければExaFlopsの性能も意味が無い | エンタープライズ | マイコミジャーナル
SC10では、Exascaleスパコンをどのように実現するかに関して、5つのパネルディスカッションが開かれた。1つのパネルは他の発表と重なったために聞くことができなかったが、それ以外の4つのパネルディスカッションを聞き、どのようにしてExascaleスパコンを実現しようとしているのかの最前線を探った。 Exascale Computing Will(Won't)be Used by Scientist by the End of This Decade このパネルのモデレータはイリノイ大学のMarc Snir氏で、パネルメンバーは、同大のBill Gropp氏、ノートルダム大学のPeter Kogge氏、ローレンスバークレイ国立研究所のHorst Simon氏、MicrosoftのBurton Smith氏、南カリフォルニア大学のBob Lucas氏、カリフォルニア大学サンディエゴ校のAl
【レポート】SC10 - Exaスケールスパコンの実現を目指すNVIDIAの「Echelon計画」 (2) 真のチャレンジはソフトウェアをどう開発するのか | エンタープライズ | マイコミジャーナル
東北大ら、絶縁体からの熱電発電に成功 | エンタープライズ | マイコミジャーナル
東北大学および日本原子力研究開発機構らによる研究グループは、温度差をつけた絶縁体から電気エネルギーを取り出す手法を発見したことを明らかにした。 金属や半導体に温度差をつけると温度の勾配に沿って電圧が発生する現象「ゼーベック効果」を利用した熱電変換素子がエネルギー源として注目されつつある。しかし、この現象は導電体中でしか生じず、ジュール熱や素子内部の伝導電子を介した熱伝導によるエネルギーロスが発電効率を下げてしまうほか、コストや設置可能箇所の制約により、実用化範囲は限定されていた。 今回、研究チームでは絶縁体である磁性ガーネット結晶を用いて、温度差によって電子の磁気的性質「スピン」が流れる現象「スピンゼーベック効果」が絶縁体中で生じることを発見。絶縁体中で生じたスピンの流れを、絶縁体に金属薄膜を取り付けることで電気エネルギーに変換できることを明らかにし、これらの2つの原理を用いることで、従来
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