3月4日（水）に第63回STARCアドバンストセミナー「低消費電力化技術(4)」を開催（共通プログラム参画株主会社限定）

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　モバイルやセンサーネットワークなどの限られた電力・エネルギーで動作するシステムやデータセンタのように莫大な電力消費をするところでは、処理あたりに要するエネギーを小さくすることが重要課題であり、エネルギー効率（Energy-Efficiency）が注目されています。
ISSCCのEnergy-Efficient Digitalの分野では、要素技術はこれまで大学からの発表が半数以上を占めていました。
しかし2015年のLow-Power Digital Techniquesセッションは、ARM社のサブスレショルド Cortex-M0+やIntel社のDVFSグラフィックスコアなど8件中7件が欧米企業からの発表であり、初めて企業優位となました。実用面での着実な歩みを感じさせます。
　本章では、まず全体の導入として、電源電圧を下げることによるエネルギー効率の改善とその最適化を理想的なケースについて基本を解説したうえで、現実におけるばらつき等による様々な課題を提起します。そして、解決策のポイントを示します。
更に、海外の主要プレーヤーによる研究開発事例を紹介し、最新動向をお届けします。

　本章では、エネルギー効率の高いロジック回路を実現する為の回路技術について述べます。ロジック回路の消費エネルギーは電源電圧の二乗に比例しますので、高効率なロジック回路を実現する為には、回路の動作電源電圧を閾値電圧近傍、或いは、それ以下（0.3～0.4V）まで低下させる事が有効です。
しかし一方で、低電源電圧化によって、回路特性が製造ばらつきや温度変動の影響を受けやすくなる為、エネルギー高効率な
回路を実現するには、この問題を考慮した回路設計が求められます。そこで本章では、次の3点を中心に、極低電圧回路技術について説明します。
(1) 製造ばらつきや温度等のチップ間ばらつきに対して、遅延モニタを用いた動的なばらつき補償技術を紹介します。
(2) チップ内のランダムなばらつきに対して、通常電源電圧動作時と極低電圧動作時では、取扱い方が異なりますので、その点について述べます。
(3) 電源電圧を低下させる事により、回路が動作不良を起こす可能性が高まります。この問題について理論的な解析から動作不良を回避する為の回路技術・設計指針について説明します。
　さらに、低電圧化以外のエネルギー高効率化技術として、間欠型の共振クロック技術についても説明をします。

　SRAM動作のエネルギー効率の向上は、IoTの普及にともないますます重要になっている。一般にデジタル回路は、動作電圧を下げることによって、動作エネルギー効率を向上させることができる。SRAMにおいても、メモリセルを構成するトランジスタのトポロジーの工夫や、動作マージンを広げる様々なアシスト回路技術を駆使し、エネルギー効率の向上のために、低電圧動作を追求してきた。しかし、微細化の進展によるトランジスタのばらつき増大により、低電圧動作はますます困難になっているうえに、SRAMは回路の活性化率が低いため、低電圧化によるエネルギー効率の向上の恩恵ロジック回路に比べて小さいという問題がある。
　このような状況を打破して、さらにエネルギー効率の高いSRAMを実現するためには、単なる低電圧動作化だけではなく、従来にない新しい視点でSRAMのエネルギー効率の改善に取り組むことが必要である。
　本章では、従来のSRAMのエネルギー高効率化技術を概観したうえで、新しい視点に立ったSRAMの動作エネルギー高効率化技術について紹介する。

　AD変換器は外界信号とのインターフェースをつかさどるアナログフロントエンドにおいて不可欠な重要な役割を果たす回路ブロックです。近年、特に電荷再配分型の逐次比較ＡＤ変換器において、著しいエネルギー効率の改善がなされています。電荷再配分型ＡＤ変換器は、容量、スイッチ、比較器等比較的シンプルな要素で構成され、テクノロジースケーリングと親和性の高いアーキテクチャであり、センサーネット等で要求される低電圧動作にも向いています。
しかしながら、エネルギー効率のさらなる向上のためには、極低電圧動作における動作速度の劣化や、容量素子の微細化にともなうバラツキ等、解決しなければならない課題が存在します。

　本章ではIoTデバイス向けLSIの高エネルギー効率動作を実現する上でキーとなる電源回路と水晶発振回路に着目します。
高エネルギー効率動作を実現するためには、電源電圧の低電圧化と電源電圧の時空間の細粒度制御が必要なため、1チップ上に複数個の電源回路が必要となります。　また、近年、エネルギーハーベスティングで動作するIoTデバイスへのニーズが高いため、エネルギーハーベスティング向けの電源回路も重要となっています。　さらに、IoTデバイスはほとんどの時間が待機状態にあるので待機状態から動作状態への起動時間を短縮することが高エネルギー効率動作に重要ですが、クロック信号生成用の水晶発振回路が起動時間短縮のネックとなっています。
　そこで本章では、(1) 入力電圧0.5Vで動作するデジタルLDO（リニアレギュレータ）とゲート昇圧型降圧DC-DCコンバータ、(2) 入力電圧0.1V以下で動作するエネルギーハーベスティング向け昇圧回路、(3) 高速起動が可能な39MHz
水晶発振回路などのLSI回路技術群の研究成果を紹介します。

　農業、医療、社会インフラ、電力など、社会の様々な領域へ情報通信技術を溶けこませることこそが、IoTの本質である。
　本章では、このような観点に立ち、IoTにおいて重要な役割を果たす無線センサネットワークについてアプリケーションおよび基盤技術の研究動向を説明する。　また、ルーティングを行わずにマルチホップネットワークを構築する無線センサネットワークプラットフォームChocoについて紹介する。　
Chocoでは、同時送信フラッディングという従来のフラッディングと比較して1/1000程度にオーバヘッドを低減した技術を用いることで、ルーティングを行う技術以上の省電力性を実現可能である。あわせて、Chocoを用いたアプリケーションとして、トマト生育指標観測や斜張橋健全性判定などを紹介する。