Samsungが170億ドルの工場建設地にテキサス州を選択
Samsungは、テキサス州のオースティン近郊の小さな町を170億ドル規模のチップ工場の建設地に選び、米国の電子機器サプライチェーンの強化を支援する。
テキサス州のテイラーにあるこの施設は、次世代技術のための高度なロジックの生産を促進すると同社は声明で述べている。Samsungのチップ工場は、モバイルアプリケーション、5G、ハイパフォーマンスコンピューティング、AI向けのチップを製造する。
このプロジェクトは、国内の半導体生産を復活させるという米国の目標にとって極めて重要である。Samsungの本社がある韓国と台湾の企業が独占している業界において、米国の生産量は世界の約12％を占めている。昨年は、半導体の不足により、世界の自動車メーカーが生産ラインの休止や従業員の一時帰宅を余儀なくされ、10億ドル規模の損失を被るなど、チップ技術への依存度の高まりが話題になった。
Samsungは以前、米国の3つの州と施設の建設を協議していた。米国で十分な補助金を得ることができなければ、韓国に新しい工場を建設することになっただろうと同社は述べている。
イノベーションのための連邦政府のインセンティブを迅速に制定するための超党派的なサポートを提供してくれたバイデン政権と米国の議員たちに感謝を示しているが、Samsungは、この優遇措置の詳細については明らかにしていない。
新工場は、2024年後半からの生産開始を予定している。この工場は、韓国の平沢にある最新の生産ラインとともに、Samsungのグローバルな半導体生産能力の重要な拠点となることが期待されている。
予想される170億ドルの投資は、米国での最大規模となり、チップメーカーの米国での総投資額は470億ドル以上になる。Samsungは現在、米国で2万人以上の従業員を擁している。
今回のテイラー社の選定により、テキサス州は、アリゾナ州、ニューヨーク州、カリフォルニア州と並ぶ、米国の数少ないチップ製造拠点の一つとしての地位を維持することができる。
テキサス州のGreg Abbott知事は、「テキサス州が先端技術のリーダーであり、ダイナミックな経済大国であり続けるために、我々のパートナーシップを拡大することを楽しみにしている」と述べている。
Samsungは、地域の半導体エコシステム、インフラの安定性、地元政府の支援、地域開発の機会など、複数の要素を考慮してテイラーへの投資を決定したと述べている。特に、テイラーの南西約30マイルのところにあるオースティンにあるSamsungの現在の製造拠点に近接しているため、必要なインフラやリソースを共有することができる。
テキサス州が選ばれたのは、今年初めにオースティンで大規模な停電が発生し、Samsung、NXP、Infineonの工場の操業が停止したためである。Samsung、NXP、Infineonの各工場では、操業停止により数億ドルの損失が発生し、世界的なチップ不足の一因となっている。
今回の投資により、2,000人以上のハイテク関連の雇用が創出され、新工場の稼働後は数千人の関連雇用が見込まれる。
今回の発表は、米国内のチップ製造を再委託し、アジアへのリスクエクスポージャーを減らすことを目的とした超党派の支持を受けている。上院では、「CHIPS for America Act」の一環として、国内チップ生産への新規投資を促進する520億ドルのパッケージが承認された。この法案は下院の承認が必要であるが、下院はチップの研究開発を重視した独自の技術投資パッケージを提案している。
Samsungの競合他社である台湾積体電路製造（TSMC）は、昨年、国内でのチップ生産に新たな投資を行った。TSMCは昨年、フェニックスを2024年に生産開始予定の新工場の建設地に選び、2021年から2029年にかけて、このプロジェクトに約120億ドルを投じる予定だ。

米国防総省、セキュアチップの設計を強化
Microsoft とQualcomm Technologiesは、米国のマイクロエレクトロニクス技術を活用し、技術サプライチェーンの安全性を確保することを目的とした、国防総省のチップ構想の第2段階を主導する。
両社は、国防総省のRAMP(Rapid Assured Microelectronics Prototypes)イニシアチブの下、昨年から初期開発を監督してきた。なお、IBMはMicrosoftと共同で第１フェーズを担当した。
この2億ドルのチップ・イニシアチブは、長年にわたってほとんどがアジアのサプライヤーに頼ってきた米国のマイクロエレクトロニクス産業基盤を強化することを目的としている。RAMPは、回路設計と安全な製造に重点を置いている。IBMとMicrosoftは、物理的な「バックエンド」IC設計のセキュリティを向上させるために、昨年2,450万ドルの第一段階の契約を獲得した。
National Security Technology Acceleratorの担当者は、第2フェーズの契約締結にあたり、次のマイルストーンとして、先進のプロセス技術を用いて設計・検証可能なSoCを含む、22nmプロセスノード以下のチップ設計を実証することを挙げている。
設計の重点は、配置配線や設計検証など、RTL後の設計ステップにある。設計目標は、消費電力の削減、性能と信頼性の向上、物理的サイズの縮小などである。
RAMPは、チップパッケージングや放射線硬化回路の設計には直接対応していない、とプログラム関係者は述べている。
Microsoftは、Ansys、Applied Materials、BAE Systems、Battelle Memorial Institute、Cadence Design Systems、Cliosoft、Flex Logix、GlobalFoundries、Intel Federal、Raytheon Intelligence and Space、Siemens EDA、Synopsys、Tortuga Logic、Zero ASICからなるチームを率いる。
Microsoftはブログで、このIC開発プラットフォームをAzure Governmentクラウドで提供することを発表した。「クラウドベースのセキュアな設計機能を活用することで、RAMPは国防総省が利用できるファウンドリの数を増やし、耐障害性を高め、国内の半導体サプライチェーンの成長を促進する」とMicrosoftトのTom Keane氏は付け加えている。このセキュアなクラウドサービスには、AIや機械学習の自動化ツールに加えて、例えば兵器や商用IoTプラットフォームのいずれかに使用される可能性のあるデュアルユースデバイスのセキュリティを確保するための指標である「定量的保証」が含まれている。チームメンバーであるFlex Logicは、ペンタゴンの最高研究機関に組み込み型FPGA技術のライセンスを提供しており、セキュリティと定量化可能な保証を高めるために、同社の再構成可能な技術をRAMPイニシアチブに貢献すると述べている。
このIC設計・製造フレームワークでは、安全なデバイスは存在しない、つまり「ゼロ・トラスト」を前提としており、すべてのマイクロエレクトロニクス・コンポーネントは展開前に検証されなければならない。
RAMPは、技術サプライチェーンの安全性を確保し、国内のIC設計能力を活用しながら、チップの製造やパッケージング、テストや組み立ての海外依存度を低減するという、国防総省の協調的な取り組みの一環である。
これらの取り組みは、国防高等研究計画局と軍部が、国防総省の信頼できるファウンドリーモデルからいかに脱却するかを示すものでもある。その理由の一つは、信頼できる施設では最先端のプロセス技術をサポートできないため、国防総省の技術採用が遅れるからである。
RAMPの第2段階を担当したQualcommは、以前 Intel Technologiesと共同で、7ナノメートル以下のプロセス技術を国内で利用できないという問題に取り組んでいた。このフェーズでは、ファブレスのチップメーカーがIC設計をウェハ製造に向けて準備する際の物理的な設計手順などに取り組んだ。

仮想会議・展示会 「PowerUP Expo」
地球の持続可能なエネルギーの未来を確保することは、エンジニアリングの重要な目標である。世界人口の増加に伴い、新しいエネルギーアプローチの必要性が高まり、持続可能性の向上が求められている。気候変動の影響を抑えるためには、排出量をゼロにする必要があるが、そのためにはエネルギー生産の革命が必要である。
電力とデータ接続に対する世界的な需要が急増する中、パワーエレクトロニクスが、機器をより効率的に、より安価にすることで、需要を満たすために重要な役割を果たすことは明らかだ。キーワードは「効率」である。
太陽光発電のような技術がエネルギーアプリケーションを進化させるためには、発電、貯蔵、送電のための信頼性の高いソリューションを継続的に開発することが重要である。窒化ガリウム（GaN）や炭化ケイ素（SiC）をベースにしたパワー半導体は、産業用途での電力供給効率を向上させると同時に、再生可能エネルギーを後押しする方法として浮上してくるだろう。
これらの課題は、パワーエレクトロニクスの未来を探求するための仮想会議・展示会「PowerUP Expo」で取り上げられる。12月7日から3日間にわたって開催されるこのイベントでは、ワイドバンドギャップ（WBG）半導体やモーター制御など、パワーエレクトロニクス技術に関する一連のチュートリアルが行われる。
まず、EPCのCEOであるAlex Lidow氏が、シリコンに比べて熱的にも電気的にも有利なGaNの基礎知識を説明する。続いて、ノースカロライナ州立大学の電気・コンピュータ工学教授であり、パワーアメリカのCEO兼CTOであるVictor Veliadis氏が、SiCの材料特性の利点と、材料やデバイスの製造上の注意点について語る。今回の講演では、SiCを用いたパワーエレクトロニクスの大半を占めるMOSFETの設計に焦点を当てている。
また、高電圧アプリケーションで重要な役割を果たすであろうSiCとGaN技術の設計上の留意点については、NexperiaのアプリケーションマーケティングマネージャーであるSebastian Fahlbusch氏とプリンシパルアプリケーションエンジニアであるセSebastian Klötzer氏が説明する。このコースでは、これらの技術の可能性を最大限に引き出すために、PCBレイアウト、設計、測定に関する課題を取り上げられ、実践的な例や測定方法を紹介する。
初日の最後には、Onsemiのプロダクトライン・マネージャーである Jinchang Zhou氏が、「Extend Power Density and Lifetime of Latest IGBT Power Module in Motor Drive thru Transfer Molded Technology」と題した講演を行う。 本講演では、いくつかのモーターアプリケーションにおける最新のIGBTパワーモジュールのトランスファーモールド技術について説明する。

ワイドバンドギャップ：GaNとSiCは、パワーエレクトロニクスの有力な選択肢として浮上している。GaNとSiCは、電子が価電子帯から伝導帯に移動するのに必要なエネルギーが、WBG半導体として認定されている（シリコン：1.1eV、SiC：3.2eV、GaN：3.4eV）。これらの特性により、適用可能な破壊電圧が高くなり、一部のアプリケーションでは1,700Vにも達する。また、GaNやSiCを用いたパワー半導体は、産業界においてより効率的な電力供給を可能にするとともに、再生可能エネルギー分野の成長を促進する可能性がある。
12月8日、PowerUPの2日目には、Victor Veliadis氏がSiC技術の概要を説明する。
GaNパワーデバイスの最新動向については、サンディア国立研究所の半導体材料・デバイス科学部門のマネージャーであるLaboratories. Kaplar氏が講演する。Kaplar氏はエピタキシャル成長、デバイス設計、プロセス、特性評価に重点を置いている。
また、 NexperiaのMOSおよびGaN部門のジェネラル・マネージャーであるToni Versluijs氏は、アプリケーション、技術、パッケージの革新など、GaNの市場導入について詳しく説明する。STマイクロエレクトロニクス社の戦略的マーケティング、イノベーション、キープログラム担当マネージャーであるFilippo Di Giovanni氏は、WBG半導体の採用における進展と課題について語る。また、Versluijs氏は、WBG特有の電気的・物理的特性に対応するために必要な新しいパッケージング・コンセプトについて説明する。

SynSenseとPropheseeがセンサーとプロセッサーの統合で提携
SynSenseとPropheseeは、PropheseeのMetavisionイメージセンサーとSynsenseのDYNAP-CNNニューロモーフィック・プロセッサを統合した、ワンチップのイベントベース・イメージセンサーの開発で提携する。両社は、センサー・プロセッサーを組み合わせた設計・開発・製造・商品化を共同で行い、小型で安価な超低消費電力のセンサーの実現を目指す。
SynSenseのグローバルビジネス開発・アルゴリズム・アプリケーション担当シニアディレクターであるDylan Muir氏は、EE Timesの取材に対し、「我々はセンサーの会社ではなく、プロセッサーの会社であり、低消費電力のセンサー処理を検討しているので、ハードウェアをセンサーに近づけることができれば、それに越したことはない。だから、イベントベースのビジョンセンサー企業との提携は非常に理にかなっている」と述べている。
SynSenseは、イベントベースのイメージセンサー企業であるInivationとも提携しており、同社とは128×128の解像度を持つイベントベースのカメラモジュール「Speck」を開発した。
Muir氏は、「Porpheseeでは、より高解像度のピクセルアレイの方向に進むことを計画している」と述べている。Muir氏は、以前にソニーと協業したことを踏まえ、低照度の感度を実現するプロフェシーのノウハウを強みとして挙げ、長期的には、デバイス内で高解像度の画像処理を非常にコンパクトなモジュールで実現することを目指していると述べた。
高解像度のセンサーアレイは、より多くのスペースを占有し、より多くの処理を必要とするため、プロセッサコアを大きくする必要がある。Muir氏は、高品質なイメージセンサーを実現するためのシリコンの要件と、コンパクトなデジタルロジックの要件は一致しないと言う。そのため、積層型のアーキテクチャや、複数のチップを背中合わせにしたマルチチップソリューションが最も可能性が高いと考えている。
また、より高解像度のセンサーを実現するためには、アルゴリズムの開発も必要である。現在、小さなピクセルアレイは1つの畳み込みニューラルネットワーク（CNN）で処理されている。また、画像をタイル状に分割して複数のCNNで並列処理したり、画像の一部分だけを調べたりすることも可能である。

イベントベースのビジョン：Propheseeのようなイベントベースのビジョンセンサは、画像ではなく、ビデオフレーム間の変化に着目する。この技術は、人間の目が視覚的な入力を記録・解釈する方法に基づいており、生成されるデータの量を大幅に削減できる。また、他のイメージセンサーに比べてはるかに少ない電力で実装することができる。
PropheseeのイベントベースのMetavisionセンサーは、各ピクセルにインテリジェンスが埋め込まれており、それぞれが独立して動作することでイベントをトリガーすることができる。
SynSenseの低次元信号処理（音声、生体信号、振動モニター）用ミックスドシグナルプロセッサの消費電力は500μW以下である。しかし、この技術をすぐに商品化する予定はなく、また、視覚処理に必要なCNNを動作させるにはオンチップのリソースが不足していた。そこでSynSenseは、畳み込みネットワークに特化した第2のデジタルアーキテクチャを開発した。このIPは、「Prophesee」のセンサーと統合される予定だ。
完全な非同期デジタルアーキテクチャーに移行したことで、より高度なプロセス技術に移行しても、消費電力を抑えることができた。
プロセッサーIPは、イベントベースのCNNに合わせたスパイキングコンボリューショナルコアで構成されている。SynSenseでは、スパイキングニューラルネットワークにバックプロパゲーション方式の学習を採用している。Muir氏によると、このアプローチにより、イベントドメインで動作するように変換された標準的なCNNよりも、時間信号の処理能力が向上するという。バックプロパゲーションは、学習時にスパイクの微分値を近似することで実現する。一方、推論は純粋にスパイクベースで行われる。
SynSenseのスパイキング・ニューロンは、8ビットのシナプス重み、16ビットのニューロン状態、16ビットの閾値、1ビットの入出力スパイクを持つ整数論理を使用している。このニューロンは、最も単純なニューロンモデルである「integrate and fire」を採用している。SynSenseニューロンは、8ビットの数値を16ビットの数値に加算し、それを16ビットの閾値と比較する。
Muir氏は、「ニューロンの設計をここまでシンプルにして、しかも非常に優れた性能を発揮することができるとは、当初はいささか驚きだった」と語っている。

ドライバーモニタリングのテストにロードマップが登場
自動車の死亡事故の主な原因は、スピード違反と並んで、注意力散漫、眠気、機能障害である。本稿では、欧州の新車アセスメントプログラム（NCAP）において、ドライバーを直接モニターすることで脇見運転や居眠り運転に対処する計画をまとめた最新の調査結果を紹介している。
この論文には、将来のドライバー・モニタリング・システムのテストに関するユーロNCAPのロードマップが記載されている。DMSテストプロトコルの仕様は、2017年9月に発表されたEuro NCAP 2025ロードマップの公表以来、4年間にわたって議論されてきた。

光路の専門知識：この機能は、IRエミッターとCMOSイメージセンサーを使用して、あらゆる環境、あらゆる可能な照明条件でドライバーの画像を確実に撮影することに関するものです。報告書にはこう書かれている。
「より複雑な環境下でドライバーを確実に検知・追跡できるかどうかは、システムの可用性や、システムがドライバーを保護できる時間の割合に影響する。性能の劣る技術では、ドライビングシミュレーターの実験室で見られるような一定でそれほど困難ではない環境条件では追跡できるかもしれないが、路上走行で日常的に経験する変化に富んだ明るい照明条件では性能が著しく低下する。これは、実際の環境下で完璧なものを作るために、何年もの研究開発を必要とする、自明な課題である。この分野での能力の向上は、サングラス、帽子、マスクなどを含む幅広い「ノイズ要因」に対して高いレベルの検出精度が得られることからも明らかである」

視線の追跡：Cadillac CT6に搭載されているGM SuperCruiseのような初期のダイレクト・ドライバー・モニタリング・システムは、頭部の姿勢を評価するが、ドライバーの視線を追跡する機能はなかった。ユーロNCAPのDMSテストプロトコルでは、視線の追跡が必要になる。
また、ドライバーの頭や目の動きも重要である。車道からの角度が小さい視線の場合、ドライバーは通常、「トカゲ」と呼ばれる視線行動をとる。この場合、ドライバーの目は動いているが、頭は比較的静止している。対照的に、車道からの視角が大きい領域、例えばサイドウィンドウや助手席などへの視線では、ドライバーは一般的に「フクロウ」戦略を取り、主に頭を回転させ、次に目を動かすことで視覚的注意を移動させる。
FordのBlue CruiseやGMの第2世代SuperCruiseに採用されている最先端のダイレクト・ドライバー・モニタリングは、いずれも視線追跡機能を備えている。ユーロNCAPは、安全性の評価において正確な視線追跡が重要な役割を果たすことを認識しており、この機能を必須項目としてプロトコルに盛り込んでいる。

ヒューマンファクターの専門知識：頭部の姿勢、視線、まばたき、目の開き具合などの画像測定値を、ドライバーの注意力低下や眠気のレベルを示す実用的な信号に確実に変換するには、ヒューマンファクタに関する専門知識が必要である。著者らは、「マイクロスリープ」を例に、単純な視覚分析がいかに誤った安全結果をもたらすかを示している・
マイクロスリープはプロトコルに含まれており、マイクロスリープとは運転者が意識を失っている瞬間的な睡眠時間のことである。マイクロスリープの行動上の特徴は、深刻な眠気の生理学的および性能的な指標と結び付けられることが多くなっており、長い目を閉じた状態はマイクロスリープの主要な視覚的指標となっている。
マイクロスリープは長い閉眼によって引き起こされる可能性があり、500ms以上の閉眼はドライバーのリスクの指標と関連している。しかし、著者は注意を促している。
「あくびや目を細めるなど、眠気に関連した長い閉眼イベントと誤認される可能性のある行動は多岐にわたる。単純化した定義では、誤報の数が多くなり、ドライバーの納得感も得られないだろう」という。
よりシンプルな検知技術（x軸の左端）とよりシンプルな動作機能（y軸の下端）では、マトリクスの左下隅でのみ確実に動作することができる。堅牢な動作機能を備えたより洗練された技術は、マトリクスの右上に向かって動作することができるため、はるかに広い範囲のシナリオをカバーし、優れたソリューションを提供することができる。
このマトリックスは、提案されたプロトコルでカバーされるノイズ変数と行動の範囲を示しており、ヒューマンファクターの行動研究の専門知識の重要性を強調している。直接的なドライバーモニタリングのアルゴリズムを開発しているほとんどの企業が、この分野の能力を見落としている。

自然な運転データ：ドライバーモニタリングのアルゴリズムを実世界で検証し、確実に動作させるためには、システムをトレーニングするための大量の自然な運転データが必要である。著者は、「プロトコルの開発では、システムの可用性、ひいてはシステムの性能を許容範囲内に収めるために、ドライバーの外見やノイズなどの様々な要素を考慮する。例えば、身長の高いドライバーから低いドライバー、年齢の若いドライバーから年配のドライバーなど、ドライバーの外見の両極端でシステムをテストするというアプローチである。これらの要素を網羅してデータを収集することで、幅広い着座位置や肌の質感（シワや目のくまなど）に対応したシステムの可用性を確保している」と述べている。
性能評価は、あらゆるテスト方法の重要な部分である。ユーロNCAPのテスト哲学では、安全システムが必要なときにどれだけ機能するか（真陽性）を評価する一方、誤認識率（偽陽性）については自動車メーカーが対応することになっている。簡単に言えば、誤認識率が許容できない車両は、許容できる顧客体験を提供できないということである。ドライバーへの適切な警告と車両の介入に関する要件は、安全性の結果とドライバーの体験の両方に直結しており、感度と仕様の適切なバランスを確保する必要がある。

機能安全：機能安全は、ISO規格26262とASIL（Automotive Safety Integrity Level）で規定されている。自動車メーカーは、自動緊急ブレーキや車線維持システムの感度を変化させる目的で、DMS信号を使ってドライバーの注意状態や関与レベルをリアルタイムに分析する方法を検討している。DMSをブレーキシステムやステアリングシステムと組み合わせて道路上の車両位置を変更すると、DMSソフトウェアの機能安全要件やASIL仕様が大幅に向上する。
単にドライバーへの純粋な警告システムではなく、さらに他のADASシステムと統合したシステムの実装を奨励すべきである。例えば、自動緊急ブレーキや車線維持システムなどのADASシステムを、ドライバーが注意散漫になっているときにはより敏感に反応するようにすることで、より大きな安全上のメリットと、より受け入れやすいドライバーエクスペリエンスの両方を提供することが期待される。

 DARPAとNASAが目指す量子応用
米軍とNASAは、小型化、軽量化、省電力化に加えて、膨大な帯域幅の増加とセンサーの微細化を実現するために、量子コンピューティング技術を通信やセンサーなどのさまざまな用途に活用しようとしている。
国防高等研究計画局は、量子技術をRFアンテナに統合し、軍事センサーシステムの感度を向上させる取り組みに投資している。このようなアップグレードは、今後予定されているNASAのレーザー通信の実証実験と同様に、帯域幅へのアクセスを向上させるだろう。
NASAの宇宙通信・航行担当副副官であるBadri Younes氏は、最近行われたレーザー通信の実証実験に関するブリーフィングで、「宇宙ベースの光ネットワークが開発されれば、宇宙からの量子ネットワークへの移行が可能になり、2030年には実現すると考えている。― 光通信は、量子ネットワークのような、より高性能で堅牢な技術への足がかりとなるものである」と述べている。
一方、1990年代から量子研究を支援してきたDARPAは、BAE Systemsとアンテナ設計契約を締結し、量子技術の実用化に近づいている。その目的は、量子技術を使ってRFセンサーシステムに組み込むアンテナのサイズと数を減らすことにある。
量子ベースのアパーチャ技術は、アンテナサイズと入力信号の波長を切り離すことで、軍用センサーのアンテナサイズと部品数を削減できると期待されている。
BAE SystemsのプロダクトラインディレクターであるJulia MacDonough氏は、「まだ初期の開発段階ではあるが、量子センシングは従来のアンテナとは根本的に異なる物理学に基づいている。これにより、感度とサイズに関する従来のアンテナ設計の限界を回避することができるかもしれない」と述べている。
BAEによると、今年初めに授与された量子センシングに関する3つのDARPA契約は650万ドルに相当するという。BAEは、国防総省の量子イニシアチブの一環として、量子コンピュータとセンシングの開発者であるColdQuanta（コロラド州ボルダー）とチームを組むという。
ノースカロライナ州メリマクにあるBAEは、今週、量子アパーチャに焦点を当てた別のDARPAの取り組みにおいて、プライムコントラクターを務めると発表した。DARPAのマイクロシステム技術局が昨年発表した募集要項によると、この取り組みは、「最先端の感度」を提供するために、1つの受信機で幅広いスペクトル範囲の変調されたRF信号を受信する能力を実証することを目的としている。