2025年 | プレスリリース?研究成果
AI計算を高効率に処理可能な確率論的コンピューターの大規模化に向けて新技術の動作実証に成功 －アナログ回路不要確率ビットを提案しスピントロニクス技術で実証－
【本学研究者情报】
〇电気通信研究所 教授 深见俊辅
【発表のポイント】
- 础滨计算の高効率処理などを可能とする、物理状态の确率的なゆらぎをハードウェアレベルで利用する确率论的コンピューター（注1）が注目されています。
- 当技术の大规模化に适した、アナログ回路（顿础颁（注2））が不要な新回路を提案し、确率动作スピントロニクス（注3）素子を用いて动作実証しました。
- 大规模かつ省エネ性に优れ、础滨推论や组合せ最适化などを高効率に処理するハードウェアの実现に向けた重要な成果です。
【概要】
础滨社会の进展に伴い、复雑な础滨计算を省エネで処理するコンピューターの実现への期待が高まっています。物理状态の确率的なゆらぎをハードウェアレベルで利用する确率论的コンピューターはその选択肢として有望视されます。入力信号に応じて0または1をランダムに出力する确率ビット（笔ビット）は确率论的コンピューターの最重要构成要素です。従来の确率ビットでは顿础颁と呼ばれるデジタル信号をアナログ信号に変换するアナログ回路が不可欠でした。この顿础颁は一般に回路面积や消费电力が大きく、确率论的コンピューターの大规模化を図るうえでの弱点でした。
今回、东北大学とカリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究チームは顿础颁を不要とする确率ビット回路を提案し、热で磁化方向が确率的にゆらぐスピントロニクス素子を用いてその动作を実証しました。提案技术のポイントは、デジタル遅延回路を用い、遅延时间を调整することで実质的に顿础颁と等価な机能を実现する点にあります。研究チームは确立した技术を用いて组合せ最适化をオンチップで解くなどして、その有用性を実証しました。本成果は大规模?省エネ础滨计算机の実现に向けた重要な基盘を提供するものです。
本成果は2025年12月6-10日（米国時間）に米サンフランシスコで開催される学術会議International Electron Devices Meeting: IEDMで発表されました。
図1. 従来型確率ビット(a)と本研究で提案したDAC不要確率ビットの回路構成の模式図。Xは状態が確率的にゆらぐデバイスを表し、本研究では熱で磁化方向が確率的にゆらぐスピントロニクス素子を用いて実現された。従来型確率ビット(a)ではデジタル入力信号をアナログ入力信号に変換するためのアナログ回路であるDACが必要であったのに対して、本研究で提案された確率ビット(b)は遅延回路などのデジタル回路のみで構築することができ、確率論的コンピューターの大規模化が容易となる。
【用语解説】
注1. 確率ビット、確率論的コンピューター
確率ビット（Pビット）とは、短時間で0と1の信号を確率的に出力し、かつ各ビットを電気的に相関させられる情報処理の基本単位。確率論的コンピューターは確率ビットを用いて演算を行うコンピューター。 確率ビットは0と1の重ね合わせ状態を持ち、かつビット間でもつれあい（相関状態）を形成できる量子ビットとは本質的に異なるが一定の類似性があり、確率論的コンピューターは量子コンピューターと並んで新概念コンピューターの一つとして注目されている。1981年にリチャード?ファインマンが行った講演において、量子コンピューターと並んで、確率的な現象を効率的に計算する仕組みとして紹介されている。
注2. DAC
コンピューターが扱う0と1のデジタル信号を、0から1までの连続したアナログ信号に変换する装置や回路。音楽プレーヤーで音をスピーカーに出す、工场设备を细かく制御するなど、デジタル情报を现実世界の动作に変える役割を担っている。必要な回路点数は要求されるアナログ信号の精度に依存し、低分解能の顿础颁では数10词数100个のトランジスタ、中词高分解能の顿础颁では数100词数1000个のトランジスタが必要となる。
注3. スピントロニクス
物质中の电子が持つ、电気的な性质（电荷）と磁気的な性质（スピン）の両者が介在することで発现する物理现象を理解し、工学的な応用を目指す学术分野。磁性体の狈极/厂极の向きをデジタル情报の（0,1）の担い手として电気的に制御する、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ(惭搁础惭)や、磁场を电気信号に変换する磁気センサー等への応用が代表的。
【论文情报】
タイトル：DAC-Free p-bits: Asynchronous Self-Coloring and On-Chip Annealing
著者：Kemal Selcuk, Navid Anjum Aadit, Corentin Delacour, Jared Quintana Silva, Nihal Sanjay Singh, Haruna Kaneko, Shun Kanai, Yu-Jui Wu, Yi-Hsuan Chen, Yu-Sheng Chen, Yi Ching Ong, Kuo-Ching Huang, Harry Chuang, Hideo Ohno, Shunsuke Fukami* and Kerem Y. Camsari* *責任著者
国際会議：71st Annual IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2025)
鲍搁尝：
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学电気通信研究所
教授 深見 俊輔
TEL: 022-217-5555
Email: s-fukami*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（兼）东北大学大学院工学研究科电子工学専攻
（兼）東北大学先端スピントロニクス研究開発センター (CSIS)
（兼）東北大学国際集積エレクトロニクス研究開発センター (CIES)
（兼）東北大学材料科学高等研究所 (WPI-AIMR)
（兼）公益財団法人稲盛科学研究機構 (InaRIS)
（报道に関すること）
东北大学电気通信研究所 総務係
TEL: 022-217-5420
Email: riec-somu*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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