프로세서/마이크로컴퓨터：스핀을 응용한“완전불휘발 마이크로컴퓨터”를 개발--소비 전력은 종래 마이크로컴퓨터의1/80

토호쿠대학과 NEC는 2014년 2월, 스핀트로니크스 논리 집적회로 기술을 응용한 완전 불휘발성 마이크로 콘트롤러(마이크로컴퓨터)를 개발했다고 발표했다.무선 센서 단말 전용의 마이크로컴퓨터로, 동작 실험의 결과, 소비 전력은 종래의 마이크로컴퓨터의 것1/80이었던 것을 확인했다고 한다.

논리를 불휘발화

　스핀트로니크스는, 전자가 가지는 성질인 「전하」라고 미세한 자석인 「스핀」의 쌍방을 이용하는 기술을 가리켜, 전류의 방향에 의해서 자석의 N/S를 반전시켜 연산 결과를 기억시키는 자성 소자등을 실현할 수 있다.

　자성 소자는, 불휘발성인 것 외, 써/읽기 속도가 빠르고, 개서 내성도 매우 높다고 하는 이점을 가진다.논리 회로의 레지스터부 등에 자성 소자를 이용하는 것으로 「불휘발 논리」를 실현할 수 있다.

　종래의 논리 회로이면, 레지스터의 데이터를 보관 유지하기 위해서 전원을 공급할 필요가 있었다.그 때문에, 논리 회로의 전원을 떨어뜨리는 경우에는, SRAM등의 캐시 기억 장치에 데이터를 전송 할 필요가 있어, 전원 차단까지 시간을 필요로 한 후, 캐시 기억 장치는 휘발성이기 때문에 메모리에의 전원 공급이 필요했다.자성 소자로 논리 회로, 메모리를 불휘발화할 수 있으면, 부지런하게 전원을 차단할 수 있어 큰폭으로 대기 전력을 억제할 수 있게 된다.

무선 센서 전용의 마이크로컴퓨터에 스핀트로니크스를 응용

　이번, 토호쿠대학과 NEC는, 자성 소자를 이용한 불휘발성 논리 회로와 불휘발성 메모리로 구성한 무선 센서 전용의 마이크로컴퓨터를 개발했다.

　90 nm프로세스를 이용한 CMOS 회로에 3 단자의 자성 소자를 조합하고, 불휘발성 논리 회로와 불휘발성 메모리를 겸비하는 마이크로컴퓨터를 작성.동시에, 논리 회로중의 기능 블록마다의 전원을 온/오프 제어할 수 있는 전원 제어 회로를 개발해 실장했다.전원 제어 회로는, CMOS 회로만으로 구성한 종래의 논리 LSI에서도 탑재되지만, 메모리로부터의 레지스터의 읽기/기입등이 필요하고 온/오프에 밀리 세컨드 단위의 시간을 필요로 한다.한편, 이번 불휘발 마이크로컴퓨터에서는, 전원 온 시간은 약 120 n초로 고속으로 있어 「FeRAM를 이용한 불휘발 논리 회로와 비교해도 3배 정도 고속」이라고 한다.

　게다가 소비 전력이 비교적 큰 불휘발 레지스터에의 써 전력을 삭감하기 위해(때문에), 불휘발 소자에의 기입을 명령하는 CPU 회로를 개발했다.이 회로는, 전원 오프 상태가 되기 직전에만 기입을 명령하거나 기입 전후의 데이터가 동일한 경우에는 덧쓰기 처리를 캔슬하거나라고 한 치밀한 제어를 실시해, 기입 회수를 최소한으로 억제하고, 소비 전력의 증대를 억제하는 효과가 있다.

　이러한 회로 기술의 탑재에 의해 시작한 불휘발 마이크로컴퓨터를 사용해, 무선 센서 단말로의 동작을 상정한 실험을 실시했는데, 「소비 전력을 종래비1/80에 삭감하는 것에 성공했다.버튼 전지 1개에서도, 10년 정도 동작할 수 있는 센서 단말이 실현 가능하다」(NEC)이라고 한다.

　실용화 시기에 대해서는, 「센서 단말용의 마이크로컴퓨터로서는, 기본적으로 실용화 레벨에 있는 것은 이번 시작으로 확인할 수 있었다.마이크로컴퓨터를 사용하는 입장으로서는, 2017년 정도에는 실용화하고 싶다고 생각하고 있다」(NEC)로 한다.향후, 스핀트로니크스 응용 디바이스의 양산 기술개발등을 다루는 토호쿠대학 국제 집적 엘렉트로닉스 연구 개발 센터가 중심이 되고, 양산 기술의 확립등을 진행시켜 나갈 방침.