AIを高速化し省電力化する新しい薄膜材料を開発(UH Engineers Making AI Faster, Reducing Power Consumption)

2025-12-02 ヒューストン大学

ヒューストン大学(University of Houston)の研究チームは、AI推論を従来より高速・省電力で実行できる超薄膜電子デバイス技術を開発した。新技術は、厚さわずか数ナノメートルの強誘電体薄膜を用い、AIモデルの計算をメモリ内部で同時に行う「インメモリコンピューティング」を実現。従来の半導体が抱えるメモリとプロセッサ間のデータ転送ボトルネックを大幅に低減し、AI推論の遅延とエネルギー消費を劇的に改善した。研究によれば、この薄膜の特性は量産可能な材料プロセスと互換性が高く、将来的にはスマートフォン、ウェアラブル、IoT機器などのエッジAIデバイスで高性能・低電力推論を実装できる可能性がある。また、この技術はより高速なAI処理を必要とするロボティクスや自動運転分野にも応用が期待され、次世代AIハードウェアの基盤となることが示されている。

AIを高速化し省電力化する新しい薄膜材料を開発(UH Engineers Making AI Faster, Reducing Power Consumption)
This is the two-dimensional thin film electric insulator designed in a University of Houston lab to make AI faster and reduce power consumption.

<関連情報>

高誘電強度、電気的および熱機械的に安定した低誘電率誘電体のための二次元共有結合有機フレームワーク膜 Two-Dimensional Covalent Organic Framework Films for High Dielectric Strength Electrically and Thermo-Mechanically Stable Low Permittivity Dielectrics

Maninderjeet Singh,Rajpiraveen Parthiban,Erin M. Schroeder,Saurabh Kumar Tiwary,Maria Camila Belduque Correa,Francisco C. Robles Hernandez,Devin L. Shaffer,and Alamgir Karim
ACS Nano  Published: October 14, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.5c11582

Abstract

There is an urgent need to develop advanced dielectric materials with low permittivities (κ < 1.6) to address performance-limiting challenges for conventional and artificial intelligence (AI) microprocessors with miniaturized feature sizes, namely, delay in processing speeds, electronic crosstalk, high power consumption, and charge buildup. Known low-κ materials show poor dielectric strength and thermo-mechanical properties, rendering them unsuitable for next-generation electronic devices. Here, we demonstrate that the two-dimensional (2D) covalent organic frameworks (COF) films synthesized by the liquid–liquid interfacial reaction show very low permittivities (κ ≈ 1.17 at 100 kHz), ultrahigh dielectric strengths of ≈ 3908 MV/m at room temperature (≈2100 MV/m at 300 °C), low density of ≈1.1 g/cm3, and a high Young’s modulus of ≈3.4 GPa. These properties are enabled by the highly crystalline and tightly packed nanoporous nanosheets of 2D COFs arranged in periodic structures in 2D COF films and surpass the requirements for next-generation electronic devices.

0403電子応用
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