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はじめに概要研究実施報告関連データ研究代表者索引Adobe Reader インストールガイド


新たな手法の開発等を通じた先端的な計測・分析機器の実現に向けた基盤技術の創出

メディア芸術の創造の高度化を支える先進的科学技術の創出

安全・安心な社会を実現するための先進的統合センシング技術の創出

通信・演算情報量の爆発的増大に備える超低消費電力技術の創出

次世代高精度・高分解能シミュレーション技術の開発

代謝調節機構解析に基づく細胞機能制御に関する基盤技術の創出

光の究極的及び局所的制御とその応用

生命システムの動作原理の解明と活用のための基盤技術の創出

高セキュリティ・高信頼性・高性能を実現する組込みシステム用の次世代基盤技術の創出

異種材料・異種物質状態間の高機能接合界面を実現する革新的ナノ界面技術の創出とその応用

ナノデバイスやナノ材料の高効率製造及びナノスケール科学による製造技術の革新に関する基盤の構築

社会的ニーズの高い課題の解決へ向けた数学/数理科学研究によるブレークスルーの探索(幅広い科学技術の研究分野との協働を軸として)

精神・神経疾患の診断・治療法開発に向けた高次脳機能解明によるイノベーション創出

高信頼・高安全を保証する大規模集積システムの基盤技術の構築

新原理・新機能・新構造デバイス実現のための材料開拓とナノプロセス開発

細胞リプログラミングに立脚した幹細胞作製・制御による革新的医療基盤技術の創出

最先端レーザー等の新しい光を用いた物質材料科学、生命科学など先端科学のイノベーションへの展開

プロセスインテグレーションによる次世代ナノシステムの創製

持続可能な社会に向けた温暖化抑制に関する革新的技術の創出

花粉症をはじめとするアレルギー性疾患・自己免疫疾患等を克服する免疫制御療法の開発

人間と調和する情報環境を実現する基盤技術の創出

異分野融合による自然光エネルギー変換材料及び利用基盤技術の創出

神経細胞ネットワークの形成・動作の制御機構の解明

気候変動等により深刻化する水問題を緩和し持続可能な水利用を実現する革新的技術の創出

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戦略目標
通信・演算情報量の爆発的増大に備える超低消費電力技術の創出

1.名称

通信・演算情報量の爆発的増大に備える超低消費電力技術の創出

2.具体的な達成目標

 デバイス技術、回路技術、アーキテクチャ、VLSI技術、システムソフトウェア技術の各技術分野における技術開発、および、それらを統合した技術開発により、スーパーコンピュータから携帯情報端末などの組み込み用情報通信システムまで適用可能な、消費電力あたりの処理性能を100倍から1000倍にする超低消費電力技術の確立を目指す。

3.目標設定の背景及び社会経済上の要請

 情報通信機器が高性能化するにしたがい、消費電力の増大が大きな問題になりつつある。例えば、現在の技術の延長のままスーパーコンピュータの高速化を進めると、2010年代には1台のスーパーコンピュータを運用するためには原子力発電所1基並みの電力が必要となり、また、中央演算装置の発熱は太陽の表面並み(表面温度約6千度)に達してしまうと言われている。また、今後のユビキタスコンピューティングの進展により、ネットワークに接続される情報通信機器の数が爆発的に増大し、さらに情報通信機器の高機能化に伴って、全体の消費電力は等比級数的に増加することになる。
このように単なる既存技術の延長線上では物理的に超えることのできない壁が存在しており、これは喫緊の課題となっている。スーパーコンピュータや組み込み用情報通信システム等は、これまで我が国が得意としてきた分野であるが、将来にわたって我が国がこの分野で世界を先導していくためには、5年から10年先の実用化を見据えた抜本的かつ画期的な低消費電力化技術の開発に戦略的に取り組むことが不可欠である。
なお、超低消費電力化技術を開発することにより、携帯情報端末やスーパーコンピュータ等の幅広い情報通信機器の高性能化・高機能化が継続できるだけでなく、これまで考えられなかったような情報通信機器の応用分野が切り開かれることが期待される。

4.目標設定の科学的裏付け

 10年先程度の将来を見据えた場合、抜本的な超低消費電力化を実現するための要素技術としては、以下のようなものが考えられる。

  • デバイス、回路技術分野:動的閾値制御技術、高誘電率材料技術、磁気抵抗メモリ等の不揮発メモリデバイス技術、単一磁束量子素子 等
  • アーキテクチャ、VLSI技術分野:動的再構成VLSI技術、高機能メモリ技術、並列演算処理技術、組込用超低消費電力プロセッサを活用したスーパーコンピュータ 等
  • システムソフトウェア分野:低消費電力化のためのコンパイラ技術、OS等による資源制御技術 等

 このように、システムの低消費電力化のためには、多くの技術分野におけるチャレンジが必要であり、研究開発すべきテーマは多岐にわたる。さらにシステム全体を統合するためのインテグレーション技術の研究開発も非常に重要であり、要素技術の開発と並行して進めて、プロトタイプシステム等を開発することで検証していく必要がある。この取り組みのためには各分野の研究者・技術者が分野を超えた共同研究の体制をとる必要がある。
また、長期的な課題ゆえ、大学での取り組みが主導的であるが、デバイスの製造技術などは企業が保有しているため、プロトタイプシステムの作成等、産学協同体制により推進していくことが重要である。さらに、この分野の技術発展のためには若手研究者・技術者の育成にも重点を置く必要がある。

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研究領域 研究総括
情報システムの超低消費電力化を目指した技術革新と統合化技術 南谷 崇
(キヤノン株式会社 顧問)
 本研究領域は、情報通信システム・ネットワークにおいて、回路・デバイス、アーキテクチャ、システム・ソフトウェア、アルゴリズム・プロトコル、応用・サービスにおける革新的要素技術の階層統合的な管理、制御によって既存技術による低消費電力化の限界を打破する研究を対象とするものです。
  具体的には、動的電圧制御技術、適応的エネルギー管理技術、動的再構成アーキテクチャ、省電力ネットワークアーキテクチャ、省電力アルゴリズム、並列処理言語・コンパイラ技術等の個別要素技術において飛躍的な高性能化・高信頼化と低消費電力化を実現する研究、各階層の要素技術の統合的管理によってシステムの超低消費電力化にブレークスルーをもたらす研究、さらには抜本的な超低消費電力化を可能にする新しい原理に基づくハードウェアおよびソフトウェア基盤技術の創出を目指す研究が含まれます。
(所属・役職は、平成23年3月時点のものです。)
 
小池 帆平 ((独)産業技術総合研究所エレクトロニクス研究部門 グループ長)
「しきい値電圧をプログラム可能な超低消費電力FPGAの開発」  (461kb)

後藤 敏 (早稲田大学大学院情報生産システム研究科 教授)
「超低消費電力メディア処理SoCの研究」  (631kb)

高木 直史 (京都大学大学院情報学研究科 教授)
「単一磁束量子回路による再構成可能な低電力高性能プロセッサ」  (387kb)

中村 宏 (東京大学大学院情報理工学系研究科 教授)
「革新的電源制御による次世代超低電力高性能システムLSIの研究」  (473kb)

市川 晴久 (電気通信大学大学院情報理工学研究科 教授)
「環境知能実現を目指す超低消費電力化統合システムの研究開発」  (774kb)

西川 博昭 (筑波大学大学院システム情報工学研究科 教授)
「超低消費電力化データ駆動ネットワーキングシステム」  (217kb)

前田 龍太郎 ((独)産業技術総合研究所集積マイクロシステム研究センター 研究センター長)
「ULPユビキタスセンサのITシステム電力最適化制御への応用」  (376kb)

松岡 聡 (東京工業大学学術国際情報センター 教授)
「ULP−HPC:次世代テクノロジのモデル化・最適化による超低消費電力ハイパフォーマンスコンピューティング」  (390kb)

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独立行政法人 科学技術振興機構