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世界初となる、酸化物半導体とシリコンLSIのハイブリッド。
無限に広がるCAAC-OS®の応用可能性。


CAAC-IGZO®トランジスタをメモリ、CPU、FPGAに応用。

シリコンLSIとCAAC-IGZO FETの極小オフ電流特性を組み合わせることで、従来にはないデバイスの実現が可能となります。シリコンCMOS回路の上にCAAC-IGZOを積層したハイブリット構造のLSIにより、

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、シリコンLSI電子デバイスを、省エネ型の電子デバイスに発展させる可能性が生まれます。

NOSRAM®

(Nonvolatile Oxide Semiconductor Random Access Memory)

原理的に書き換え回数の制限がないメモリを目指して。

CAAC-IGZO FETの極小オフ電流を利用した電圧駆動型の低電力記憶デバイスです。無制限の書き換え回数、高速かつ低電力での書き込みが可能な新しい不揮発性メモリが実現できます。

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NOSRAMセルは、電荷を保持することで、データを記憶します(右図)。そのため、書き込み電圧を細かく制御し、さらに、素子間のばらつきを抑えることで、1つのセルに多くの情報を詰め込むことが可能になります。当社では、電圧値の分布幅50mVを実現することで、1つのセルに16値(4-bit)を記憶できるNOSRAMを開発し、今までにないメモリの高密度化の可能性を示しました。

  

FPGA

(Field Programmable Gate Array)

電源再投入時に配線つなぎ直しが不要の再構成可能な論理回路。

ユーザーが内部の配線をつなぎかえることができる集積回路。配線の接続構成を記憶するためにNOSRAMを使用しているため、一般のFPGAとは異なり、電源投入時の配線つなぎ直しが必要ありません。



ノーマリオフ駆動1)型 32bit CPU

(NoffCPU®: 32-bit Normally Off Central Processing Unit)

プロセッサの電源オフ時でも内部情報を保持。32-bitプロセッサARM Cortex®-M0の低消費電力化に成功。
(COOL Chips 2014にて、ARM社・NOKIA社と共同発表)

CAAC-IGZO FET の極小オフ電流特性を利用した高効率ノーマリオフ駆動を実現。CPU 内のレジスタに不揮発性フリップフロップを採用し、メモリにも不揮発性メモリを採用。すぐに電源をオンオフできることと、待機時の電力をゼロにできることが特長です。


「センサーネットワーク」へ。スタンバイ電力”0(Zero)”のCPU。
シリコンLSIでは微細化に伴うスタンバイ電力の増加が課題でしたが、CAAC-IGZO FETを利用したノーマリオフ駆動により、センサーネットワークを想定したCase2 やCase3(下図)の動作条件で、CPUとメモリの電力を大幅に削減することが可能となりました。


 Case1:アクティブ1ms,スリープ1ms
 Case2:アクティブ1ms,スリープ1s
 Case3:アクティブ1ms,スリープ100s
1)ノーマリオフ駆動
CPUの待機時に電源をオフすることで、CPUの消費電力を削減する技術。通常のCPUでは、電源が遮断されるとデータは失われます。そのためノーマリオフ駆動を行うには 、電源オフの前後に毎回データ転送を行う必要があり、電力削減の妨げとなっていました。CAAC-IGZO FET を用いたCPUは、電源をオフにしても内部状態を保持できるため、効率よく電源をオンオフすることができ、待機電力がゼロの低消費電力CPUを実現することができます。

イメージセンサー

(Image Sensor)

グローバルシャッター方式2)のイメージセンサーを実現。

CAAC-IGZO FETのオフ特性を利用して実現したイメージセンサー。この技術により超高速で移動する物体でも歪まずに撮像できます。


2)グローバルシャッター方式
デジタルカメラ等で主流のローリングシャッター方式(走査ラインごとに順次シャッターを切る)に対し、一画面同時にシャッターを切る理想的なイメージセンサーの稼働方式。



※ CAAC-OS、CAAC-IGZO、NOSRAM、NoffCPUは半導体エネルギー研究所の登録商標です(商標登録第5473535号、第5494218号、第5529056号、第5519756号)。CortexはARM 社の商標または、登録商標です。



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AI

(Artificial Intelligence、人工知能)

近年、AI は急速に進歩してきました。しかし、最新のデジタルコンピュータをもってしても、脳のアナログ処理の効率にはかないません。OS-FETの極小オフ電流によりアナログメモリの実現が可能となりました。OS-LSI のアナログメモリ(多値OSメモリ、アナログOSメモリ)により、AIの処理効率が飛躍的に高まります。




OSメモリの特徴として、デジタル回路との混載が容易であること、書き換え回数に制限がないためAIの学習に適していること、4端子素子であるため制御がしやすいこと、が挙げられます。

   


AIの応用例1:8Kの画像処理
AIを用いて、映像データの圧縮/伸長アルゴリズムを自ら習得し、美しい画像を実現できます。
これからの8K時代において、、大型TVシステムの高速データ転送と低消費電力化が期待されます。




AIの応用例2:IDS駆動
ディスプレイの映像リフレッシュが不要な期間をAIを用いて推定することにより、、

、使用環境に合わせた低電力化が可能となります。






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