もし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だとしたらどうでしょう？
まさにそれが、AmbiqがSPOT®（サブスレッショルド電力最適化技術）で実現したことです。この特許取得済みのプラットフォームは、チップのエネルギー消費方法を再構築します。サブスレッショルド動作の物理的特性を活用することで、SPOTは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。
本ブログでは、サブスレッショルド技術の動作原理、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どのように活用できるかについて説明します。
トランジスタの動作を再考する
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します。十分な電圧（1ボルト以上）がかかると「オン」になり、電圧がしきい値（1ボルト以下）を下回ると「オフ」になり、中間の電圧はありません
しかし、しきい値を下回った場合でも、微量の電流が漏れ出します。通常、それは無駄なエネルギー、あるいは除去すべきものとみなされます。Ambiqはこの考えを覆しました。この漏れ電流に対処するのではなく、それを活用する方法を発見したのです。
この超効率的の「サブスレッショルド」領域で回路を動作させることで、AmbiqのApolloチップは、同じ計算タスクを劇的に少ないエネルギーで実行します。エネルギーは電圧の2乗に等しいため、電力を下げれば下げるほど、必要なエネルギーも少なくなります。これにより、従来の回路設計に比べて最大10分の1の消費電力でデバイスを動作させることが可能になります。
Ambiqは、他社が設計上の欠陥とみなしていたサブスレッショルドリークを、バッテリー駆動デバイスのエネルギー効率を劇的に向上させる機会へと転換しました。サブスレッショルド電力が半導体にとってこれほど大きなメリットがあるなら、なぜ誰も採用しないのでしょうか？
サブスレッショルド動作の課題
しきい値電圧以下で動作させることは容易ではありません。このような低電力レベルでは、わずかな環境変化でも大きな影響を与える可能性があります：
- 温度：数度の変化で電流の流れが変化する可能性
- 電圧：わずかな変動が性能を左右する可能性
- 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可能性
- 機械的ストレス：振動やひずみが信頼性に影響を与える可能性
要するに、これらの課題への対処には時間がかかり、研究室の環境以外での実装は困難です。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、既存の技術を基盤として開発を続けました。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を少しずつ向上させることは、何もしないよりはましでした。
しかし、1マイクロジュールでも重要になるAIの時代において、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ることは、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します。回路の設計、テスト、安定化に対するまったく新しいアプローチの開発こそが、まさにAmbiqがSPOTプラットフォームで目指したことです。
大規模な商用化
SPOT は単なる一つの発明ではありません。特許取得の技術、独自の回路設計、プロセス改善からなる包括的なシステムであり、サブスレッショルド動作を商業的に実現可能にしています。Ambiqはこれを大規模に構築する唯一の半導体企業です。
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2億8,000万台のデバイスに使用されています。ウェアラブルやヒアラブルなどのパーソナル製品から、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、機能とインテリジェンスが向上し、比類のないエネルギー効率を実現しています。これは、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ます。
SPOTの戦略的インパクト
テクノロジーリーダーや経営幹部にとって、SPOTは単なる技術的な成果ではありません。最新かつ最高のデバイスをめぐる競争において、戦略的優位性をもたらすものです。
SPOTは、エネルギー消費量を最大10分の１に低減することで、まったく新しい市場とユースケースへの扉を開きます。スマートデバイスの初期段階では、バッテリー寿命の長さがSPOTの強みでしたが、デバイスが「インテリジェント」へと移行するにつれて、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。
メーカーは、常時接続、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望んでいます。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なデバイスを開発し、「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ます。そして、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ます。
SPOTはこれらのユースケースをすべて可能にし、よりスマートで小型、常時接続、そしてより持続可能な製品を生み出し、企業がイノベーションと効率性、そしてESG目標を両立させるのに役立ちます。顧客からよく聞くコメントは、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、というものです。
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私たちの考え方を真に変革するものです。SPOTを通じて、Ambiqはかつて「非現実的」と思われてい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を実現しました。
インテリジェンスがエッジに近づくにつれ、電力効率が次世代コンピューティングを定義するでしょう。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するだけでなく、可能性を再定義しています。
