SafetyDetectivesとの最近のインタビューで、Ambiqの創設者兼CTOであるスコット・ハンソンは、世界で最もエネルギー効率の高いチップの開発に焦点を当てたSPOTプラットフォームの創設と進化について詳しく語った。ハンソンがミシガン大学で博士課程に在籍し、医療用インプラント向けの極小システムを開発したことに端を発するSPOTプラットフォームは、サブスレッショルド・パワー最適化技術（Sub-threshold Power Optimized Technology）を利用して、これまでにないエネルギー効率を実現している。
ハンソン氏は、従来のデジタルチップ設計とは一線を画すプラットフォームについて語り、低電圧で動作させることで大幅な省エネを実現したことを強調した。インタビューでは、IoT業界の技術的課題に取り組むAmbiqの役割を取り上げ、電力効率とセキュリティの重要な側面を強調した。ハンソン氏はまた、超低消費電力技術の将来について楽観的な見方を示し、今後5～10年でIoT機器の継続的な改善と演算能力の急増が見込まれると述べた。
SPOTプラットフォームが誕生するまでの道のりを教えてください。
こんにちは、私の名前はスコット・ハンソンで、Ambiqの創設者兼CTOです。
Ambiqは、世界で最もエネルギー効率の高いチップを製造する会社です。私たちは、あらゆる場所にインテリジェンスを搭載することをキャッチフレーズにしています。私たちは、衣服や壁のペンキ、車で通る橋、ペットの首輪など、あらゆるものに小さなマイクロプロセッサーを埋め込むことができるような、低消費電力のチップを作りたいと思っています。
この会社は、私たちがSPOT（Sub-threshold Power Optimized Technology）と呼んでいる技術を基盤としています。これは、私がミシガン大学に在籍していた頃の低消費電力回路設計技術プラットフォームです。私はそこで博士課程の学生で、医療用インプラント用の極小システムを作っていました。
極小というのは、本当に小さいという意味だ。マイクロプロセッサー、無線機、アンテナ、センサー、そして電源を含む1立方ミリメートルについて話しているのだ。このようなシステムを構築する場合、まずバッテリーが極小であることを理解し、そのバッテリーに対応するパワーバジェットも極小でなければならない。
私たちはピコワットとナノワットで考えるようになったよね。通常の世界ではワットやキロワットについて考えますが、私たちはピコワットやナノワットについて考えなければなりませんでした。そうすれば、緑内障患者の眼に埋め込んで圧力の変動を測定するような、1ミリ立方メートルのシステムを作ることができる。このSPOTプラットフォームが、そのすべてを可能にしたことはエキサイティングだった。
そのプロジェクトの間、私はこの技術に対する企業の関心を目にするようになり、この技術には商業的な可能性があると考えるようになった。ミシガン大学のコンピューター・サイエンス棟のエレベーターに乗ったとき、この技術はいつか商業化されるだろう、そして私はそのための人間になる必要があると悟ったことを覚えている。
その直後、私はミシガン大学で2人の論文指導教官とAmbiqを立ち上げ、資金調達に成功しました。それから最初の数製品を発売し、13年後の今、SPOT対応シリコンの出荷台数は2億台をはるかに超えています。本当に楽しい旅でした。
SPOTプラットフォームは、従来のマイクロコントローラー技術と根本的にどう違うのですか？
ここでは、回路101の講義をすべて行うことは避けたい。従来のデジタル・チップは、マイクロコントローラーに限らず、どんなチップでも電圧を使ってデジタルの1と0を信号化する。
デジタルのゼロは0ボルトかもしれず、デジタルの1は1または1.2ボルトとずっと高い電圧になる。ゼロと1を区別するのが容易なため、より高い電圧が選ばれる。また、1または1.2ボルトはトランジスタのターンオン電圧よりもはるかに高いため、この電圧が選ばれる。
最近のチップは基本的に、基本的な構成要素であるトランジスタでできている。
これらのチップには、小さなスイッチのようなトランジスタが何十億個も搭載されている。電気のスイッチのようなものだと思ってください。トランジスタに印加される電圧がターンオン電圧、いわゆるしきい値電圧以上になると、トランジスタはオンになる。しきい値電圧を下回るとオフになる。これらのものをつなぎ合わせると、0と1の信号を送るデバイスができることがおわかりいただけるだろう。
回路101の教科書を見れば、しきい値電圧よりかなり高い電圧を印加して電圧をオンにすれば、適切なデジタル・スイッチとして機能すると教えられる。世の中にあるほとんどのチップは、そのように動作します。しかし、AmbiqのSPOTでは、この慣習を無視しています。0.5ボルト、0.4ボルト、0.3ボルトなどです。その電圧がトランジスタのターンオン電圧以下であれば、サブスレッショルドと呼びます。その電圧がターンオン電圧かその近辺にある場合は、ニア・スレッショルドと呼ぶ。
その結果、デジタルの大きさを縮小することで、大幅なエネルギー削減が可能になることがわかった。エネルギーは電圧の2乗に等しく、電圧の2乗に比例するため、低電圧で動作させることでエネルギーを大幅に削減できるのだ。
これにはさまざまな特殊性があり、それが他社を遠ざけている。トランジスタは奇妙な振る舞いを始めるが、それでもトランジスタやスイッチのように動作する。私たちのSPOTプラットフォームは、そのような特異性やサブスレッショルドの課題に対処するもので、うまく機能しています。
サブスレッショルドやニアスレッショルドの技術は何十年も前からありました。Ambiqは、この技術を広く実用化した最初の企業であり、当社のタイミングは完璧でした。約10年前、当社が軌道に乗り始めた頃、モノのインターネット（IoT）が爆発的に普及し始めていました。バッテリー駆動のデバイスがいたるところに登場し、低電力への飽くなき渇望がありました。SPOTプラットフォームは適切なタイミングで登場し、私たちは多くの電力問題を解決しましたが、より多くのコンピュートへのニーズは増え続けています。
AIはあらゆるところに出現している。クラウドだけでなく、私たちがサービスを提供しているようなエッジ・デバイス、例えば消費者向けウェアラブル端末やスマート・ホーム・デバイスなどにも導入され始めています。AIはこれらすべてのデバイスの電力バジェットを圧迫しているため、私たちはイノベーションを続け、より低消費電力の新製品をリリースしなければなりません。
超低電力技術の普及が環境に与える影響とは？
低電力は環境にいいし、環境に優しい技術だ。必要な電力がそれほど大きくないのであれば、低電力技術を使えば、必要な電力をより少量に抑えることができる。しかし、真実はもう少し複雑だ。
私たちの顧客は、バッテリーを小型化し、充電の頻度を減らすことで、消費電力を減らすことを必ずしも利用しない。その代わり、新しい機能を追加する傾向がある。より電力効率に優れたプロセッサーがあるじゃないか、と。それなら、同じ電力予算でもっと多くの機能を追加しよう。つまり、世界の消費電力は減っているのではなく、同じ消費電力でより多くのことができるようになっているのだ。
環境への影響という点では、おそらく同じだろう。とはいえ、IoT全体としては、環境に対してかなり素晴らしい可能性を秘めている。家庭や建物のあちこちにセンサーを設置すれば、世界中に気候センサーを設置することができる。世界で何が起こっているのか、それが気候変動なのか、それを追跡できるのか、あるいはこのビルがどれだけのエネルギーを使っているのか、誰もいない廊下で電気をつけっぱなしにしているのか、誰もいない場所なのか、などをよりよく把握することができる。
つまり、モノのインターネットを利用することで、エネルギー使用量を劇的に削減できる可能性があるのです。つまり、建物やエネルギー消費、管理された住宅、エネルギー消費をよりよく管理するだけでなく、世界で起きていることをよりよく把握することができるのです。
。しかし、私たちの顧客のほとんどは、既存の電力をより多く利用するために利用している。
現在、IoT業界が直面している最大の技術的課題は何でしょうか？
電力はそのひとつで、私たちは日々熱心に取り組んでいる。私たちは何十億ものデバイスをあらゆる場所に設置したいと考えていますが、何十億ものバッテリーを交換したくはないでしょう？ですから、SPOTのような低消費電力プラットフォームを持つことは本当に重要です。
セキュリティーに対する懸念が高まっている。Io Tは非常に迅速に開発され、多くの場合、セキュリティの必要性にきちんと目を向けることなく開発されてきた。現在、平均的な人の家庭には数十台のIoTデバイスがあり、それらは私たちに関するあらゆる種類の親密なデータを収集している。自宅の健康情報や移動パターンを収集しているのだ。バーチャル・アシスタントは、「アレクサ」や「OKグーグル」のキーワードを聞き取るために、常に私たちの発話をキャプチャしています。
ディープ・ニューラル・ネットワークはあらゆるところで爆発的に普及している。クラウドでの処理が常に必要となり、クラウドにデータを送信することになる。
プライバシーの問題だろ？
それに対処する方法はたくさんある。優れた、興味深いセキュリティ・ハードウェア・セキュリティ・ソフトウェアがたくさん出てきている。
スマートウォッチ、スマートサーモスタット、家の中のEchoデバイスなど、ほとんどの処理をエッジで行う。
すべてのデータをクラウドに送る必要はない。ローカルで処理できる。これは電力の問題でもある。アマゾン・エコーからの生の音データを100％クラウドに送信する代わりに、送信するのに十分面白い1％だけを送信すると言うことは、ローカルで処理する必要があるということです。それは、スマートウォッチ、サーモスタット、Echo、またはデータをキャプチャするセンサーを備えたデバイスで行わなければならない。
特に、これらのユースケースをサポートするために実行されるニューラルネットワークが大きくなるにつれて、これは電力の問題だ。幸いなことに、SPOTは素晴らしいソリューションです。私たちは、お客さまがこのようなデバイス上で、ローカルで大規模なニューラルネットワークを実行できるようにするため、多くのアーキテクチャ革新を行っています。この問題を攻略できると確信しています。しかし、今後数年間は、セキュリティの問題で揺れ動くことになるだろう。
IoT機器の進化におけるAIと機械学習の役割をどう見ていますか？
つまり、ウェアラブル端末、スマートホーム端末、自動車、センサー付き端末などです。
ウェアラブルで軽量のアクティビティ・トラッキングや生体信号分析を実行している顧客を見ています。ウェアラブル、ヒアラブル、スマート家電など、あらゆるものにバーチャル・アシスタントを組み込んでいる。これらすべてのケースにおいて、エッジとクラウドの間にはバランスがある。ニューラルネットワークは、ローカルで動作する軽量なフロントエンドを持つことができ、何か興味深いものを特定したら、それをクラウドに渡してさらに分析する。
私が本当に期待しているのは、chatGPTのような大規模言語モデル（LLM）の可能性だ。しかし、LLMには目も耳もなく、実世界で何が起きているのかを理解することはできません。それがエッジデバイス、ウェアラブル、スマートホームデバイス、スマートスイッチの役割だ。これらのデバイスは、私たちに関する情報を常にキャッチしている。
興味のあるアクティビティやイベントを特定するために軽量なニューラルネットワークをローカルで実行できれば、それをChatGPTのようなモデルにクラウドに送ることができる。ウェアラブルがあなたのバイタル、心拍数、呼吸、会話をモニターし、興味のある傾向を識別してAIに送信することを想像してみてほしい。
常に収集しているデータのメガバイトやギガバイトについて話しているのではない。私が言っているのは、ちょっとしたスニペット（ちょっとした観察結果）を送るということだ。例えば、今日は活動量が多かったとか、昨夜は睡眠があまりよくなかったとか。それをクラウドに送信し、さらに有益な質問をすることができる。AIは次のような答えを返してくれるだろう。 この半年間、あなたを見てきましたが、睡眠が不規則��すね。もっと規則正しい睡眠をとる必要がある。 そうだろう？
このように、エッジデバイスがクラウド上の大規模な言語モデルと連携して素晴らしい結果を出す例は数え切れないほどある。
さて、そこには明らかにセキュリティ上の問題がある。先ほど、セキュリティ問題がIoTが直面する大きな課題のひとつであることをお話ししました。それはここでも同じで、管理しなければならない問題だ。しかし、ほとんどの処理をローカルで行えば、セキュリティ問題を効果的に管理することができます。エッジとクラウドの間には、そこで発生するセキュリティ問題に対処する方法があると思います。そして、エンドユーザーにとって実現できることに真の力があると思います。
超低消費電力技術は今後5～10年でどのように進化すると思いますか？
良いニュースとしては、私は、本当に終わりが見えずに改善していると見ている。私たちは、縮小する電力バジェットの中に、はるかに多くのコンピュートパワーを詰め込むことになるだろう。
ムーアの法則は組み込みの世界でも健在だ。現在のプロセス・ノードは22ナノメートルです。クアルコムやインテルなどは5ナノメートル以下ですから、彼らに追いつくにはまだまだ長い道のりです。
ムーアの法則は、あらゆる種類の利益をもたらそうとしている。つまり、より高速なプロセッサー、より低消費電力のプロセッサーということです。また、アーキテクチャ、回路、ソフトウェアに関しても、多くの技術革新が行われています。今後10年間、消費電力の向上が止まることはないでしょう。
Ambiqがこの10年でどれだけ進歩したかを見てください。当社にはApolloというSoCファミリーがあります。最初のものは2014年に発売され、24MHzで動作した。小さなプロセッサと1MB未満のメモリしか搭載していませんでした。最新のApollo4プロセッサは、何メガバイトものメモリを搭載しています。ほぼ200MHzで動作する。GPUとUSBインターフェイスを搭載し、消費電力は初期製品の1/8です。つまり、劇的に高速化し、劇的に低消費電力化しているのです。
今後、この数字を外挿するだけで、すべてのIoT機器に驚くほどのコンピュート・パワーが提供されることになる。
すべてのコンピュートで何をするのか100％正確にはわからないが、より高い処理能力、より低い消費電力を求める顧客は毎日いて、彼らはかなりエキサイティングなことをしようとしている。
だから、ここから先が楽しみだ。
このインタビューは元々Safety Detectivesに掲載されたものです。 シャウリ・ザックス 2024年1月4日
