Microsoft PowerPoint - （ドラフト）グリーンITとIoT推進のための研究開発について 2016JUL_a

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ひでかいしなみ
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1 グリーン IT と IoT 推進のための研究開発について 2016 年 7 月 4 日国立研究開発法人新エネルギー産業技術総合開発機構 IoT 推進部主任研究員明日徹

2 IoT -Internet of Things IoT とは世の中に存在するおびただしい数のモノがコンピュータによってスマート化しインターネット接続機能を備えることで自動認識や自動制御遠隔計測などを行うこと IDC による定義は a network of networks of uniquely identifiable endpoints (or "things") that communicate without human interaction using IP connectivity 年時点で 25 億個のデバイスがインターネットに接続していたうちパーソナルデバイス (PC タブレットスマートフォン ) が 16 億個 IoT が 9 億個 2020 年には 300 億個を超えパーソナルデバイスが 73 億個 IoT が 300 億個となる IoT 市場は 2014 年の $656 億から 2020 年には 1 兆 7000 億ドルに成長デバイスがその 1/3 を占める (IDC 発表 2015 年 7 月 2

3 IoT 増大によって得られる経済価値出典 : ビッグデータマガジンモノのインターネットとは? ~IoT の動向と課題 ~ 後編 ( 株式会社チェンジ 2014) 3

4 2017 年の IoT テクノロジトレンドトップ IoTセキュリティ 2. IoTアナリティクスモノが収集する情報の解析方法 3. IoTデバイス ( モノの健康 ) 管理 4. 省電力短距離ネットワーク 5. 省電力 WAN 6. IoTプロセッサ ( 暗号省電力ファームアップデート ) 7. IoTのOS ( 省電力リアルタイム性省メモリ ) 8. イベントストリーム処理 ( 大量データの並列処理 ) 9. IoTプラットフォーム ( ライブラリと開発環境 ) 10. IoT 標準とエコシステム (API) 出典 : ガートナー 2017 年の IoT テクノロジトレンドのトップ 10 を発表 ( ガートナージャパン株式会社 2016) 4

5 IoT における分野横断的共通基盤技術 1. データの収集 ( センサー等 ) 2. データの蓄積 ( データストレージ ) 3. データの解析 ( ビッグデータ処理 ) 4. セキュリティ ( インシデントの検知予測 ) いずれにおいてもエネルギー効率の向上は重要 5

6 データの蓄積 ( データストレージ ) ~ IoT のメモリ技術 ~ 6

7 IoT のメモリ技術サーバーでは大容量高速低電力エッジ端末では低電力ワンチップ混載省エネルギー効果が期待できる不揮発メモリが有望記憶保持のためのリフレッシュサイクルが不要スリープ中は電源を遮断できる不揮発メモリの方式 NANDフラッシュ MRAM ReRAM FeRAM PCMなどメインメモリと2 次記憶の中間のストレージクラスメモリへの利用 7

8 存メモマイコン新規メモ各種メモリの比較データデータ記憶保持時間書換回数セルサイズアクセスタイム Cash レジスタ用途既DRAM 揮発 16-64ms F 2 <10~50ns メインメモリリFlash 不揮発 10Y 10 3 ~10 6 2F 2 <50µs 混載 SRAM 揮発 ~150F2 <5ns FeRAM 不揮発 10Y >15F 2 <100ns 補助記憶 SSD IC カード STT-MRAM 不揮発 10Y ~14F2 <5ns PCM 不揮発 10Y 10 6 ~ F 2 <10ns ReRAM 不揮発 10Y 10 6 ~ F 2 <10ns CB-RAM 不揮発 10Y ~8F 2 <5ns ReRAM Cash メインメモリストレージクラスメモリストレージクラスメモリ SoC Cash メインメモリ Atm-SW 不揮発 10Y ~10F 2 <5ns スイッチ Memristor 不揮発 10Y F 2 <100ns CNT (NRAM) 不揮発 10Y > F 2 <5ns シナプスストレージクラスメモリストレージクラスメモリ注 F: 微細加工寸法出典 :NEDO 技術戦略研究センター作成 (2015) 8

9 メモリ階層ごとの次世代メモリ候補現世代次世代キャッシュ SRAM STT-MRAM 電力 1/10 書き換え回数最大主記憶 DRAM STT-MRAM CB-RAM 書き換え回数最大高密度ストレージクラス PCM Re-RAM NRAM Memrister 高密度書き換え回数中程度外部記憶 NAND Flash NAND Flash 最高密度多値メモリ書き換え回数最少出典 :NEDO 技術戦略研究センター作成 (2016) 9

10 MRAM に関する世界の論文投稿数推移 (1995~2014 年 ) 出典 :Web of Science の検索を基に NEDO 技術戦略研究センター作成 (2015) 日本からの発表は約 26% でアメリカの約 43% に次いで 2 位 3 位韓国は約 8% 10

MRAMにおける注目出願人別 - 垂直磁化に関する出願件数推移 ( 日米欧中韓への出願出願年 ( 優先権主張年 )2005-2011 年 ) 出典 :

11 MRAMにおける注目出願人別 - 垂直磁化に関する出願件数推移 ( 日米欧中韓への出願出願年 ( 優先権主張年 ) 年 ) 出典 : 特許庁平成 25 年度特許出願技術動向調査報告書スピントロ二クスデバイスとアプリケーション技術を基に NEDO 技術戦略研究センター作成 (2015) 11

12 不揮発メモリ世界の動向世界と日本の定性比較 (1) 世界の動向 NAND フラッシュについては MLC 化と 3 次元での高集積化 FeRAM は IC カードやセキュリティ用途で実用段階次世代不揮発メモリとして MRAM ReRAM PCM はメインメモリやストレージクラスメモリを目指す省エネ効果を引き出す回路設計も重要 (2) 世界と日本の定性比較既存の不揮発メモリについては日本からも製品化がなされ市場において一定のシェアを有している次世代不揮発メモリについてはメモリ性能向上の研究開発が行われている一方特に不揮発性を前提とした省エネを志向したシステムアーキテクチャの開発など活用の観点の研究開発でも世界的にも顕著な成果を出している 12

日本の動向例 NEDO 低炭素社会を実現する超低電圧デバイスプロジェクト超格子相変化膜を用いた革新的な相変化メモリ TRAM を開発

9pJ( 従来比 1/10 以下 ) を実証相変化材料 ( 従来材料 ) 高温で融かして記録低抵抗状態 ( 結晶 ) 消去 ( 加熱と徐冷 )

( 溶融と急冷 ) 新しい超格子材料融かさず低温で記録日本発の新しい理論と材料開発で実現抵抗 (W) 1E+8 1E+7 1E+6 1E+5

13 日本の動向例 NEDO 低炭素社会を実現する超低電圧デバイスプロジェクト超格子相変化膜を用いた革新的な相変化メモリ TRAM を開発 TRAM:Topological-switching Random Access Memory 書き換え回数 1 億回書換エネルギー 1.9pJ( 従来比 1/10 以下 ) を実証相変化材料 ( 従来材料 ) 高温で融かして記録低抵抗状態 ( 結晶 ) 消去 ( 加熱と徐冷 ) 高抵抗状態 ( 非晶質 ) 超格子の高品質化で 1 億回 (10 8 回 ) 動作 Ge: ケルマニュウム Sb: アンチモン Te: テルル記録 ( 溶融と急冷 ) 新しい超格子材料融かさず低温で記録日本発の新しい理論と材料開発で実現抵抗 (W) 1E+8 1E+7 1E+6 1E+5 1E+4 1E+3 抵抗比 300 倍低品質膜高品質膜 1E+2 1E+0 1E+2 1E+4 1E+6 1E+8 書き換えサイクル委託先 : 超低電圧デバイス技術研究組合 (LEAP) 13

14 日本の動向例 NEDO 低炭素社会を実現する超低電圧デバイスプロジェクトメモリや SLSI の微細化による従来配線材料の抵抗増大を新材料で解決多層グラフェンの低温 (650 ) での高品質化を実現 300mm 径ウエハ全面に均一な CNT ビア構造を確立 1E+5 1E+4 Cu* Cu 配線抵抗トレンド *1 A. Naeemi, et al., EDL 2007 横配線としての多層グラフェン L/S=30nm の Ni 配線上に形成された微細幅 MLG/Ni 配線横配線 (Bit 線 ) 3D 型メモリシート抵抗 (Ω/ ) 1E+3 1E+2 1E+1 1E+0 1E-1 多層ドープグラフェン中間目標 50Ω/,100nm 幅最終目標 3Ω/,20nm 幅配線幅 W (nm) ビアとしての CNT(Carbon Nano Tube) 超高 AR(>30) ビアホール中の CNT 成長超高 AR コンタクトクロスポイント型メモリ小面積化従来配線材料新材料適用ワード線ビット線層間接続プラグ委託先 : 超低電圧デバイス技術研究組合 (LEAP) 14

15 日本の動向例 NEDO ノーマリーオフコンピューティング基盤技術開発 ( 株 ) 東芝と東京大学がコンピュータのキャッシュメモリ用に十分な高速性能を有し従来の混載メモリ (SRAM) と比較して消費電力を 10 分の 1 以下の 4M ビットクラスの新方式磁性体メモリ (STT-MRAM) 回路を開発あらゆる種類のメモリと比較して世界最高の電力性能 15

16 経産省総務省文科省NEDO の IoT 関連新プロジェクト H28 年度 H29 年度 H30 年度 H31 年度 H32 年度 N E D O IoT 推進部電子情報関連分野の既存 PJ ( 終了 :LEAP EUV ノーマリーオフシートD) ( 実施中 : クリデバ光エレスマデバプリエレ ) IoT 推進部 SIP 重要インフラ等サイバーセキュリティ確保 PJ IoT 推進部小規模研究 (N-Step) IoT 推進部 IoT 横断技術開発 PJ ( データ収集蓄積 AI ハード解析セキュリティ等 ) IoT 推進部 IoT イノベ PJ( 拠点開発等 ) ロボ部次世代人工知能ロボット中核技術開発 PJ (AI ソフト ) 経産省 IoT 実証 PJ( 新産業モデルビジネス創出社会システム ) 経産省スマートモビリティ開発実証( 自動走行トラック隊列走行管制交通 ) IPA IoT 新ビジネスモデル突破 ( ソフト開発実証 ) 文科省 AIPプロジェクト (AI ビックデータサイバーセキュリティ統合 PJ 理研拠点整備)(H28-37) 総務省 IoTテストベッドの整備 IoTサービスの創出支援産学官連携によるIoTサービスの創出等オープンデータビッグデータクラウドの活用推進を通じた地域産業の生産性向上活性化都市サービスの高度化(IoTおもてなしクラウドを活用したサービス連携) 総務省経産省 IoT コンソーシアム /IoT 推進ラボ ( マッチング連携出資融資メンター規制緩和法整備等 ) 16

17 NEDO IoT 推進のための横断技術開発プロジェクト ( 期間 : 平成 28~32 年度 ) 我が国発で独創的な製品サービス等を可能とする革新的な次世代 IoT 基盤技術を開発強化し産業社会の変革と効率化の実現を目的とする具体的には低消費電力なデータ収集システムデータストレージシステムデータ解析システムセキュリティ等の横断的でかつ具体的な用途やシステムを対象として研究開発を行う出典 : 平成 28 年度概算要求資料 ( 経済産業省 2015) 17

18 NEDO IoT 技術開発加速のためのオープンイノベーション推進事業 ( 期間 : 平成 28~29 年度 ) 実施項目 1 IoT 技術開発加速のための設計製造基盤開発 IoT 社会に求められる電子デバイスの試作等を行うためのオープンな設計製造基盤を構築実施項目 2 IoT 技術開発の実用化研究開発実施項目 1 で構築する設計製造基盤を活用し多様な付加価値を実現する IoT デバイスの実用化研究開発 18

19 IoT 技術開発加速のためのオープンイノベーション推進事業採択予定先一覧実施項目 1 IoT 技術開発加速のための設計製造基盤開発テーマ名採択予定先 ( 順不同 ) IoT 技術開発加速のための設計製造基盤開発国立研究開発法人産業技術総合研究所実施項目 2 IoT 技術開発加速のための実用化研究開発テーマ名採択予定先 ( 順不同 ) IoT センシングに向けたマルチスペクトラム赤外イメージングシステムの開発ビッグデータ解析のための低消費電力演算チップの開発 IoT ネットワークインターフェースデバイス製造技術の開発燃焼式水素ガスセンサーチップの開発プラズモニックセンサー及び IoT デバイスを用いたセンシングシステムの開発高効率な極小 RFID タグの開発による省電力化の実現アイアールスペック株式会社 SIMPLEX QUANTUM 株式会社京セミ株式会社ウルトラメモリ株式会社株式会社 PEZY Computing 日本電信電話株式会社 NTT エレクトロニクス株式会社株式会社ピュアロンジャパンキッコーマン株式会社株式会社エスケーエレクトロニクス 19

20 まとめすべてのモノがインテリジェントになってネットワークに接続し情報が共有される IoT は社会の効率化省エネ化と利便性に貢献する NEDO は次世代メモリ技術をはじめ IoT 推進のための技術開発に引き続き取り組んでいく 20

Rev

Rev P16008 平成 29 年度実施方針 IoT 推進部 1. 件名 :( 大項目 )IoT 技術開発加速のためのオープンイノベーション推進事業 2. 根拠法国立研究開発法人新エネルギー産業技術総合開発機構法第 15 条第 1 号ニ第 3 号及び第 9 号 3. 背景及び目的目標デバイス情報処理ネットワーク技術の高度化によりデジタルデータの利用可能性と流動性が飛躍的に向上しているまた