東北大とNEC、不揮発化MCUにより無線センサの電池寿命を約10倍に延ばす新技術を開発

NO BUDGET 2014年02月12日 17時05分

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 東北大学とNECは2月12日、不揮発化した無線センサ端末向けマイクロコントローラ回路(MCU:Micro Control Unit)を新たに開発、従来の1/80まで消費電力を削減することを実証し、MCUを搭載したセンサ端末の電池寿命を約10倍まで延ばせると発表した。

 今回開発したMCUでは、スピントロニクス技術によってMCU内の論理回路とメモリを不揮発化した。スピントロニクス技術は、電子のスピンを応用し、電流によって微細磁石の極性を反転させて演算結果を記憶するもので、論理集積回路上の全ての回路を不揮発化することができ待機電力削減につなげられる。

 東北大とNECでは以前から、国の最先端研究開発支援プログラム「省エネルギー・スピントロニクス論理集積回路の研究開発」を通じて、スピントロニクス論理集積回路技術について共同で研究してきており、今回の開発もそれに関連したもの。

 今回の技術開発では、MCUの電源制御回路やタイマー、乗算器、通信制御、A/D変換器など複数の機能ブロックにスピントロニクス素子を適用し、待機電力を最小限に抑えながら高速な電源制御を実現した。必要な機能ブロックの電源オン状態へと約120ナノ秒という極めて短時間で移行できるようにするとともに、小まめな電源オフが可能となり、不要な電力を削減している。

 また、消費電力の大きなレジスタ内の不揮発素子への書き込みについては、電源オフ状態に移行する直前に書き込みを命令するCPU回路を新たに開発、さらに書き込み前後のデータが同一の場合には上書き処理をキャンセルするといった緻密な制御を行い、不要な書込みを減らし消費電力を抑制した。

 上記の技術を盛り込んで90nmのCMOS回路と三端子MTJ(Magnetic Tunnel Junction:磁気トンネル接合)素子を組み合わせた集積回路チップを作成、センサ端末での使用を想定したデータ収集と演算処理による実証実験を行った。実験では実フィールドでのリアルタイム処理を想定し、動作周波数は従来の不揮発性MCU(2013年のISSCCで発表された強誘電体素子を用いた不揮発性MCUの動作速度は8MHz)より2.5倍高速な20MHzとしつつ、実効的な消費電力は、本技術を使用しない場合(NEC製の揮発性MCU)と比較して1/80まで削減できることを実証した。MCUを搭載したセンサ端末の電池寿命としては、約10倍まで延ばせるという。

 NECはICTを活用した高度な社会インフラを提供する「社会ソリューション事業」に注力しており、今回の結果を踏まえて今後、高性能・低消費電力かつメンテナンスの頻度を大幅に低減できる無線センサ端末の実現に貢献し、高度なセンサを用いたビッグデータの活用を促進していくとしている。

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