半導体の電力効率における最大のブレークスルーが、トランジスタを通常の限界以下で動作させることから生まれたとしたらどうだろう？
ambiqがSPOT®（Subthreshold Power Optimized Technology：サブスレッショルド・パワー最適化技術）で実現したのは、まさにこれです。SPOTは、チップのエネルギー消費方法を再考する特許取得済みのプラットフォームです。SPOTは、サブスレッショルド動作の物理を活用することで、超低消費電力コンピューティングの可能性を変革し、スマートで持続可能なデバイスの新時代への扉を開きました。
このブログでは、サブスレッショルド・テクノロジーの動作、それに伴う課題、そして設計者が実際のアプリケーションでサブスレッショルド・テクノロジーを使用する方法について説明します。
トランジスタの働きを再考する
標準的なチップでは、各トランジスタは小さなスイッチのように動作する。十分な電圧（1ボルト以上）がかかると「オン」になり、その電圧がしきい値（1ボルト以下）を下回ると「オフ」になる。
しかし、そのしきい値以下でも、わずかな電流が漏れる。通常、それは無駄なエネルギー、あるいは排除すべきものとみなされる。ambiqはその考えを覆しました。リークと戦うのではなく、リークを利用する方法を発見したのです。
ambiqのApolloチップは、この超効率的な「サブスレッショルド」領域で回路を動作させることにより、同じコンピューティングタスクを劇的に少ないエネルギーで実行します。この結果、従来の回路設計に比べて消費電力が最大10倍も少ないデバイスが実現することがよくあります。
ambiqは、サブスレッショルドリークという設計上の欠陥を、バッテリー駆動デバイスの画期的なエネルギー効率を実現するチャンスに変えたのです。では、サブスレッショルド・パワーが半導体にとってそれほど素晴らしいものであるなら、なぜ誰もがそれをやらないのでしょうか？
サブスレッショルド・オペレーションへの挑戦
しきい値電圧以下で動作させるのは容易ではない。このような低電力レベルでは、些細な環境変化でも大きな影響を及ぼしかねない：
- 温度：数度で電流の流れが変わる。
- 電圧：わずかな変動が性能を左右する。
- 製造：微細なばらつきがトランジスタの挙動を変化させる。
- 機械的ストレス：振動やひずみは信頼性に影響を与える。
要するに、これらの課題に対処するのは時間がかかり、研究室以外での実装は難しい。半導体企業は、サブスレッショルド動作がスケーラブルだとは考えていなかったため、うまくいくと分かっているものをベースに作り続けた。また、多くのデバイス・メーカーにとって、バッテリー寿命や処理能力の向上は、何もしないよりはましだった。
しかし、サブスレッショルド・コンピューティングを実用的かつスケーラブルな方法で活用すれば、エネルギー効率だけでなく、性能やインテリジェント機能においても、デバイスメーカーに大きな利益をもたらすことができる。回路の設計、試験、安定化に対する全く新しいアプローチを開発することは、まさにambiqがSPOTプラットフォームで目指したことである。
規模に応じた商業化
SPOT は単なる一つの発明ではなく、サブスレッショルド動作を商業的に実現可能にする特許技術、独自の回路設計、プロセス改善からなる完全なシステムであり、ambiqはこれを大規模に構築した唯一の半導体企業である。
SPOTは、ambiqのApolloマイクロコントローラおよびSoCファミリーの中核技術であり、世界中で2億8,000万台の機器に使用されている。ウェアラブルやヒアラブルなどの個人向け製品から、スマートホームシステム、産業用センサー、エッジAIデバイスに至るまで、あらゆる製品に採用されています。
各世代のApolloチップは、より多くの機能、より多くのインテリジェンス、同じ比類のないエネルギー効率を提供し、SPOTが単なるコンセプトではなく、生産実績のある技術プラットフォームであることを証明している。
SPOTの戦略的インパクト
テクノロジー・リーダーやビジネス・エグゼクティブにとって、SPOTは単なる技術的な成果ではなく、最新で最高のデバイスをめぐる軍拡競争における戦略的優位性なのだ。
SPOTは、エネルギー消費を最大10倍削減することで、全く新しい市場とユースケースへの扉を開く。スマートデバイスの初期には、バッテリー寿命が長いことがSPOTの得意とするところでしたが、デバイスが「インテリジェント」に移行するにつれ、バッテリー寿命が長いことはメーカーにとって多くの考慮事項の一つに過ぎなくなりました。
常時オン、つまりバックグラウンドでデータ収集と処理を継続的に実行するデバイスを作りたいのだ。より大規模なニューラル・ネットワークを備えたインテリジェント・デバイスを開発し、「あれば便利」な機能から「なくてはならない」機能へと進化するインテリジェンスを顧客に提供したいと考えている。彼らは、エネルギーの浪費を減らし、運用コストを削減する持続可能なデバイスを求めている。
SPOTはこれらのユースケースをすべて可能にし、その結果、よりスマートで、より小型で、常時オンで、より持続可能な製品を生み出し、企業がイノベーションを効率性とESGの目標に合致させるのに役立ちます。SPOTが実現した電力効率のおかげで、これまで何もなかったところにインテリジェントな機能を追加できるようになったというのが、顧客からのお気に入りのコメントです。
未来はSPOTで動く
サブスレッショルド動作は、半導体設計に対する考え方の真の転換を意味します。ambiqはSPOTを通じて、かつては「非現実的」であったアイデアをスケーラブルな現実に変え、実際のデバイス、実際の市場、そしてよりエネルギー効率の高い世界に電力を供給しています。
インテリジェンスがエッジに近づき続ける中、電力効率は次世代コンピューティングを定義します。ambiqのSPOTプラットフォームは、性能、インテリジェンス、持続可能性が妥協することなく共に進化することを保証します。Ambiqは単に低消費電力を再定義しているのではありません。Ambiqは可能性を再定義します。
