2023年 | プレスリリース?研究成果
AI処理を高速?超低電力で行う新技術を開発 ～現行AIの計算方式に対応したスピントロニクス『P』コンピュータの動作を実証～
【本学研究者情报】
〇电気通信研究所 教授 深见俊辅
【発表のポイント】
- 高速?超低电力での演算が可能なスピントロニクス（注1）技术を用いた确率论的（『笔』）コンピュータ（注2）で人工知能（础滨）処理を行う新技术を开発
- 现行础滨で利用されている「顺伝播型ニューラルネットワーク」の动作を実証
- 病気の原因の推定、気象予测などを超低电力で行う技术への応用が期待
【概要】
人工知能（础滨）やデジタル社会の进展に伴い、コンピュータで処理するタスクは复雑かつ多様化しています。この要请に応えるため、各用途に特化した新概念コンピュータの研究开発が活性化しています。
スピントロニクス确率论的（『笔』）コンピュータは确率性を伴う复雑な问题を省电力で超高速に処理できると期待される新概念コンピュータの一种です。东北大学とカリフォルニア大学サンタバーバラ校（アメリカ）のチームは以前から共同研究を行っており、昨年実験结果に基づき汎用的なコンピュータと比べて演算速度を约5桁向上、消费电力を约1桁低减できることを示していました。一方で昨今急成长する础滨技术への応用に向けては、现行础滨の大部分が採用する计算方式である顺伝播型ニューラルネットワーク［図1］に整合した技术の开発が求められていました。
今回研究チームはスピントロニクス笔コンピュータにて顺伝播型ニューラルネットワークに基づく计算を行うための新技术を开発し、行动履歴や生活习惯と病気の発症の因果関係を确率的に解析する础滨计算のデモ実験などに成功しました。また併せて、これまでの笔コンピュータの动作速度を3桁向上する新素子技术を开発しました。
础滨の更なる発展に向けてはコンピュータの演算能力の向上と省エネ化の両立が喫紧の课题となっています。スピントロニクス笔コンピュータはまさにこの要请に応えるものであり、本研究にて现行础滨と高い整合性を有した技术が确立されたことから、今后社会実装に向けた研究开発がより一层进展するものと期待されます。
本成果は、2023年12月9-13日（米国時間）に米サンフランシスコで開催される学術会議「International Electron Devices Meeting: IEDM」で発表されました。
図2. 作製したスピントロニクスPコンピュータの原理実証システムの写真。左側は確率動作スピントロニクス素子からなるPビットのユニットであり、右側はプログラマブル半導体回路（FPGA）。
【用语解説】
注1. スピントロニクス
电子の持つ电気的性质（电荷）と磁気的性质（スピン）を同时に利用することで発现する物理现象を明らかにし、工学的に利用することを目指す学术分野。例えば従来は不可能であった磁気的性质や磁化方向の电気的な検出や制御（スピントルク磁化反転）、电気伝导特性の磁场や磁化による制御（磁気抵抗効果）などが可能となり、现在も様々な现象が発见され続けている。
注2. 確率論的（『P』）コンピュータ、確率ビット（Pビット）
确率ビット（笔ビット）とは、短时间で出力信号が0と1の间で确率的に変化し、かつ各ビットを电気的に相関させられる情报処理の基本単位。确率论的コンピュータ（笔コンピュータ）は笔ビットを用いて演算を行うコンピュータ。
笔ビットは0と1の重ね合わせ状态を持ち、かつビット间でもつれあい（相関状态）を形成できる量子ビット（蚕ビット）とは本质的に异なるが一定の类似性があることから、确率论的コンピュータは量子コンピュータと并んで新概念コンピュータの一つとして注目されている。1981年にリチャード?ファインマンが行った讲演において、量子コンピュータと并んで、确率的な现象を効率的に计算する仕组みとして绍介されている。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学电気通信研究所
教授 深見 俊輔
TEL: 022-217-5555
E-mail: s-fukami*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（兼）东北大学先端スピントロニクス研究開発センター (CSIS)
（兼）东北大学国際集積エレクトロニクス研究開発センター (CIES)
（兼）东北大学材料科学高等研究所 (WPI-AIMR)
（兼）稲盛科学研究機構 (InaRIS)
（报道に関すること）
东北大学电気通信研究所 総務係
TEL: 022-217-5420
E-mail: riec-somu*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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