エッジ端末に適した小型省電力プロセッサを実証～従来比３．８倍のエネルギー効率でヘルスケアＩｏＴに道～

2021-02-19

2021-02-19 東京工業大学,科学技術振興機構

ポイント

ＩｏＴ化を促進する小型で省電力なプロセッサアーキテクチャを設計。
６５ナノメートルＣＭＯＳプロセスを用いながら小型（１ミリメートル四方）プロセッサＬＳＩの開発に成功。
既存の最小プロセッサより２．７倍の電力効率、３．８倍のエネルギー効率を実現。
条件次第ではアルカリボタン電池で約１００日連続稼働可能。

東京工業大学工学院情報通信系の原祐子　准教授らは、ＩｏＴの高度化において必要不可欠になる小型・省電力性を兼ね備えた新たなプロセッサを設計し、そのプロセッサの大規模集積回路（ＬＳＩ）の開発に成功した。ヘルスケアデバイスを想定した異常検出においては、商用の最小プロセッサであるＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ０の１．４倍高速でありながら電力効率は２．７倍、エネルギー効率は３．８倍を達成した。

既存のプロセッサは多様化するアプリケーションのニーズに合わせ、大規模化と消費電力の増加が進んでいるがゆえに、小型デバイスのＩｏＴ化に対してはオーバースペックである。本研究では小型エッジ端末で必要な計算を実用的な時間で処理するための機能に限定することで、従来プロセッサに比べて回路面積を大幅に削減し、小型化と省電力化を両立するアーキテクチャ「ＳｕｂＲＩＳＣ＋」を開発した。６５ナノメートルＣＭＯＳプロセスを用いたプロセッサＬＳＩは、１ミリメートル四方と小型、かつ、わずか７７．０マイクロワットの消費電力で、異常検出やデータ探索などの実用的なアプリケーションをリアルタイムに処理することができる。

開発したプロセッサは、原准教授らが２０２０年７月３日付で米国の科学誌「ＩＥＥＥＡｃｃｅｓｓ」に発表した研究成果を基に実機を試作し評価したところ、良好な結果が得られたものである。プロトタイプのサンプル配布も検討しており、今後はさらに用途の拡張と実用化を目指してチップの試作と開発を進めていく。

本研究はＪＳＴ戦略的創造研究推進事業ＡＣＴ－ＩおよびＡＣＴ－Ｉ加速研究領域「情報と未来」（研究総括：後藤真孝　産業技術総合研究所人間情報インタラクション研究部門　首席研究員）における研究課題「大量ストリームデータのリアルタイム処理に向けた柔軟なアーキテクチャ探索と設計環境構築」（研究者：原祐子　東京工業大学工学院　准教授）の支援を受けて行われた。また、ＩｏＴセキュリティ応用を目指した研究開発では、ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業ＡＩＰネットワークラボにおけるＡＩＰ加速課題「小型ＩｏＴエッジデバイスの軽量暗号アーキテクチャ設計」（研究代表者：原祐子）の支援を受けている。

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