2040年ねんのフィジカルインテリジェンス

文部もんぶ科学かがく省しょうは2024年ねん7月がつ、「次世代じせだい半導体はんどうたいのアカデミアにおける研究けんきゅう開発かいはつ等とうに関かんする検討けんとう会かい報告ほうこく書しょ」を公表こうひょうしました。

「フィジカルインテリジェンス」は、ロボティクス、モビリティ、IoT機器ききといったさまざまな分野ぶんやにAIを組くみ込こみ、物理ぶつり的てきな世界せかいで高度こうどな知能ちのうを発揮はっきさせる新あらたな技術ぎじゅつ領域りょういきを指さしています。

これを支ささえる中心ちゅうしん技術ぎじゅつが「エッジAI半導体はんどうたい」です。エッジAI半導体はんどうたいは、低てい消費しょうひ電力でんりょくで高速こうそく処理しょりを可能かのうにし、リアルタイムでの判断はんだんと行動こうどうを可能かのうにする技術ぎじゅつとして、今後こんごの社会しゃかい変革へんかくにおいて重要じゅうような位置いちを占しめるといいます。

今回こんかいは、その研究けんきゅう開発かいはつの現状げんじょうと課題かだい、そして2040年ねんに向むけての展望てんぼうについて取とり上あげたいと思おもいます。

出典しゅってん：次世代じせだい半導体はんどうたいのアカデミアにおける研究けんきゅう開発かいはつ等とうに関かんする検討けんとう会かい報告ほうこく書しょ 2024.6

エッジAI半導体はんどうたいとは何なにか？

エッジAI半導体はんどうたいは、従来じゅうらいのクラウドベースのAIとは異ことなり、端末たんまつ自体じたいがリアルタイムでデータを処理しょりし、自己じこ学習がくしゅうや意思いし決定けっていを行おこなうことができる技術ぎじゅつです。たとえば、自動じどう運転うんてん車しゃや産業さんぎょう用ようロボットなど、即時そくじ性せいが求もとめられる場面ばめんで重要じゅうような機能きのうを担にないます。

現在げんざいの半導体はんどうたい技術ぎじゅつでは、AIの計算けいさん処理しょりに多大ただいなエネルギーを消費しょうひしますが、エッジAI半導体はんどうたいの目指めざすところは、エネルギー効率こうりつを飛躍ひやく的てきに向上こうじょうさせながらも、高速こうそくかつ大だい規模きぼな処理しょり能力のうりょくを実現じつげんすることです。具体ぐたい的てきには、2040年ねんまでにAIの演算えんざん効率こうりつを1000〜10,000TOPS/W（Tera Operations Per Second Per Watt）にまで引ひき上あげることが目標もくひょうとしています。

出典しゅってん：次世代じせだい半導体はんどうたいのアカデミアにおける研究けんきゅう開発かいはつ等とうに関かんする検討けんとう会かい報告ほうこく書しょ 2024.6

エッジAI半導体はんどうたい実現じつげんに向むけた技術ぎじゅつ的てき課題かだい

エッジAI半導体はんどうたいの開発かいはつにおいて、複数ふくすうの技術ぎじゅつ的てきな課題かだいが顕在けんざい化かしており、以下いかにその主要しゅようなポイントを挙あげます。

1. 次世代じせだいAI回路かいろの設計せっけい

エッジAIは、現実げんじつ世界せかいでの動作どうさに最適さいてき化かされたAI回路かいろの開発かいはつが鍵かぎとなります。現在げんざい、記憶きおく内ない演算えんざん（CiM）や脳のう型がたコンピューティングといった新あたらしい計算けいさんアーキテクチャが注目ちゅうもくされています。これらの技術ぎじゅつにより、AIの計算けいさん効率こうりつは飛躍ひやく的てきに向上こうじょうする見込みこみです。しかし、このような回路かいろを実現じつげんするためには、これまでにない新あたらしい材料ざいりょうやデバイス技術ぎじゅつが求もとめられています。

中なかでも、GAAFET（ゲート全ぜん周しゅう型がた電界でんかい効果こうかトランジスタ）といった新しん構造こうぞうのトランジスタや、超ちょう極きょく薄うすチャネルを使用しようした次世代じせだいトランジスタの開発かいはつは重要じゅうような課題かだいとなっています。

2. 高こう集積しゅうせき化かと低てい消費しょうひ電力でんりょく化か

エッジAI半導体はんどうたいのさらなる進化しんかには、高密度こうみつどの半導体はんどうたい集積しゅうせきが不可欠ふかけつです。高密度こうみつどの半導体はんどうたい集積しゅうせきでは、より多おおくのデータを効率こうりつ的てきに処理しょりできるようになりますが、その一方いっぽうで、エネルギー消費しょうひを抑おさえることが求もとめられます。

そのため、新あらたな材料ざいりょうや3次元じげん集積しゅうせき技術ぎじゅつを駆使くしすることで、この問題もんだいを解決かいけつしようとする取とり組くみが進すすんでいます。たとえば、次世代じせだいのヘテロインテグレーション技術ぎじゅつを活用かつようし、AI半導体はんどうたいに必要ひつような高度こうどな熱ねつマネジメント技術ぎじゅつや高性能こうせいのうトランジスタの実現じつげんを目指めざしています。

3. 次世代じせだい通信つうしんとセンサー技術ぎじゅつ

AIがリアルタイムで処理しょりを行おこなうためには、デバイス同士どうしの通信つうしん速度そくども飛躍ひやく的てきに向上こうじょうする必要ひつようがあります。

次世代じせだいの高速こうそく通信つうしん技術ぎじゅつ（100Gbps以上いじょう）や、複数ふくすうのセンサーを統合とうごうしたマルチモーダルセンサーの開発かいはつが重要じゅうようです。これにより、デバイス同士どうしが相互そうごに連携れんけいし、より効率こうりつ的てきかつ精度せいどの高たかい情報処理じょうほうしょりが可能かのうとなります。特とくに、これらの技術ぎじゅつは自動じどう運転うんてん車しゃやロボティクス、さらにはスマートシティの実現じつげんにおいて大おおきな役割やくわりを果はたすと期待きたいされています。

日本にっぽんにおけるエッジAI半導体はんどうたいの取とり組くみ

日本にっぽんは材料ざいりょう技術ぎじゅつや半導体はんどうたい製造せいぞう装置そうちにおいて強つよみを持もつ国くにであり、エッジAI半導体はんどうたいの分野ぶんやでも競争きょうそう力りょくを発揮はっきできる可能かのう性せいがあります。特とくに、新しん材料ざいりょうや次世代じせだいトランジスタ技術ぎじゅつにおいては、世界せかいに先駆さきがけた研究けんきゅう開発かいはつが進すすめらるなど、競争きょうそう優位ゆういに立たっている領域りょういきもあります。

一方いっぽうで、課題かだいもあります。日本にっぽんの半導体はんどうたい産業さんぎょうは一時期いちじきの世界せかい的てきな地位ちいから後退こうたいし、現在げんざいはシェアが10％以下いかにまで低下ていかしています。エッジAI半導体はんどうたいの研究けんきゅう開発かいはつにおいても、グローバルな競争きょうそうが激化げきかする中なかで、先端せんたん技術ぎじゅつの開発かいはつスピードや人材じんざいの確保かくほが課題かだいとなっています。

今後こんごの展望てんぼう

2040年ねんまでにフィジカルインテリジェンスを実現じつげんするためには、日本にっぽん国内外こくないがいのアカデミアや産業さんぎょう界かいが連携れんけいし、エッジAI半導体はんどうたいの研究けんきゅう開発かいはつを推進すいしんすることが重要じゅうようとなっています。

エネルギー効率こうりつの大幅おおはばな改善かいぜんが求もとめられるAI回路かいろの開発かいはつや、次世代じせだい通信つうしん・センサー技術ぎじゅつとの統合とうごうが進すすむことで、未来みらいの産業さんぎょう構造こうぞうが大おおきく変かわる可能かのう性せいもあります。

今後こんご、未来みらいの産業さんぎょう構造こうぞうを視野しやにいれていく中なかで、エッジAI半導体はんどうたいを支ささえる技術ぎじゅつだけでなく、そのユースケース（具体ぐたい的てきな活用かつようシナリオ）の実証じっしょうや展開てんかいも重要じゅうようとなります。

日本にっぽんは新しん材料ざいりょうや次世代じせだいトランジスタ技術ぎじゅつで強つよみを持もつ一方いっぽう、グローバル競争きょうそうが激化げきかする中なか、さらなるスピード感かんのある研究けんきゅう開発かいはつと人材じんざい確保かくほが課題かだいにもなっています。

アカデミアと産業さんぎょう界かいが連携れんけいし、次世代じせだい技術ぎじゅつの開発かいはつとユースケースの創出そうしゅつに取とり組くむことで、日本にっぽんから新あらたな産業さんぎょうを創造そうぞうする。フィジカルインテリジェンス社会しゃかいをリードするための日本にっぽんの半導体はんどうたい産業さんぎょうの今後こんごの展開てんかいに注目ちゅうもくしていきたいと思おもいます。