為了實現人人都能隨時隨地使用智慧型手機等資訊通信設備的便捷且安全的資訊化社會，設備的小型化、低功耗化及資訊處理能力的高效化至關重要。現在，中央處理單元（CPU）甚至整合了數百億個電晶體，這些電晶體作為開關元件，根據外部施加的電壓或電流來控制器件內部的電流。然而，傳統技術在電晶體的小型化與節能化方面已接近心極限，因此，亟需基於不同原理的資訊處理技術。
日本產業技術綜合研究所（以下簡稱產綜研）一直在致力於探索將各種物理現象應用於電子元件，併開發了氧化物材料的製造技術及元件化技術。此次，產綜研電子光基礎技術研究部門強關聯電子學研究團隊的井上悠研究員、井上公高級主任研究員等應用上述技術，成功模擬了「生物神經元組織」的運行方式，使人工器件能夠高效處理低速信號。基於該研究，研究人員成功開發併驗證了僅需500皮瓦（1皮瓦為1萬億分之一瓦）即可工作的超低功耗電晶體。
基於神經元網路進行筆跡異常檢測的模擬實驗
（a）為用來區分A、B三角形筆跡的異常檢測概念圖；（b）通過模擬實驗，驗證了基於該研究開發的神經元網路器件在筆跡異常檢測方面的表現。結果表明，採用模仿生物神經元組織的「低速」 器件構成的神經元網路器件能夠成功檢測出筆跡的異常，而採用傳統高速器件構成的神經元網路則未能有效識別。
這種電晶體適用於構建人工神經元網路，在模擬實驗中，該器件成功用於A、B三角形筆跡的異常檢測，而採用比該器件快10萬倍的高速器件的模擬實驗卻未能獲得成功。這是因為器件的運行速度越慢，資訊保存的時間越長。在人機交互的資訊處理任務中，期待像生物神經組織那樣「低速」運行來實現節能。研究團隊計劃未來利用這種電晶體構建神經元網路，打造適用於低功耗邊緣計算設備的資訊處理平台。（TEXT：JST廣報科，中川實結）
原文：JSTnews 2025年2月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
