週刊 エレクトロニクスニュース 6/6/2022

データ通信の未来を照らすEnlightra
データを移動させると多くの電力を消費し、遅延の原因となるため、データを必要な場所に近づけることに最近注目が集まっている。しかし、データは常に移動する必要がある。Y Combinatorテクノロジー・スタートアップ・アクセラレーターに参加しているスイスのEnlightraは、レーザーがその解決策になると考えている。

Enlightraは、データセンター向けに破壊的かつ効率的な方法でデータを伝送するマルチカラーレーザーを開発しており、データ伝送用のレーザーは今始まったものではないと、同社の共同創業者であるMaxim Karpov氏はEE Timesとのブリーフィングで述べている。しかし、現在のレーザー技術は、達成可能なデータレートとエネルギー効率の面で限界に近づいている。

世界中のデータセンターでは、レーザーを使って毎月300エクサバイトのデータを交換しており、データセンターの電力消費量は2025年までに世界の総電力供給量の5分の1にまで増加すると予測されている。
また、ムーアの法則の減速により、データ転送量が増加するにつれ、電気的なパケットスイッチを利用する現在のデータセンターでは、効率的にネットワークを拡張することがますます困難になると説明している。

このようなデータの増大とエネルギー使用に対応するため、Enlightraは大容量データ伝送と光コンピューティング向けのマルチカラーレーザーを開発した。これらのレーザーは、Karpov氏と共同設立者のJohn Jost氏が過去7年間、学術研究者として主導してきたマイクロコーム技術に基づいている。

1つのマイクロコムが、現在の光通信で使用されている数百個の高品質レーザーの代わりとなり、同時に最大10倍のエネルギー効率を持つため、同じデバイスサイズでデータ伝送速度を30倍にすることが可能だという。

Enlightraの光マイクロコムは、現在データセンターで使用されているレーザーを置き換えるために設計されたコンパクトなモジュールの形で実装されている。マイクロコーム技術の中核となるのは、シリコンチップ上に特別に設計された構造と、一緒にパッケージされ、特殊なレーザー技術を施された単一のレーザーの2つのコンポーネントである。

最初のレーザーの光は、新しい波長の数十から数百のレーザー線に変換され、それぞれが光通信に適しているとKarpov氏は述べている。
同氏は、多くの同僚達と共にNature Communications誌に研究成果を発表し、波長可変レーザーとアレイ型導波路格子ルータに基づく光回路スイッチ（OCSes）が、パッシブコアの使用により、かなり有望であることを概説している。この研究では、マイクロコームと半導体光増幅器（SOA）に基づく超高速OCSが、ナノ秒（ns）のタイムスケールで波長を切り替え、広帯域、低ネットワーク遅延、エネルギー効率と拡張性の高いデータセンターネットワークを実現することを実証している。
その後、同社のターンキーレーザーに関心が集まり、発注が入るようになり、EnlightraはMicrosoft ResearchやMercer大学と共同でプロトタイプのテストを行ったという。

エネルギー貯蔵に向けた亜鉛技術
亜鉛は、数日間の電力バックアップに対応できるなどの利点があるため、長期間のエネルギー貯蔵に適した材料として、より高価で効率が悪い傾向にあるリチウムイオン電池とは対照的に、ますます選ばれるようになってきている。

夜間に発電した安価な電力を蓄電し、ピーク時に使用することで効率的なピークシフトを可能にし、太陽や風がない長時間の電力供給による自然エネルギーの有効活用、停電時の建物の電化などを可能にする。リチウムイオン電池は、日々の循環利用や料金管理には有効ではあるが、数日間の電力バックアップを行うには長時間の稼働ができない。亜鉛電池は、3時間から72時間と、両方を実現する能力を備えている。さらに、亜鉛電池はリチウムイオン電池よりも安価である。リチウムイオン電池はスケールメリットがあるが、リチウムの不足と亜鉛電池の進化により、亜鉛電池の優位性は明らかである。

亜鉛電池は100％リサイクル可能であり、回収された亜鉛はリチウムと異なり、確立されたルートでリサイクルされ、新しい電池に利用される可能性がある。この利点から、持続可能性に加え、エネルギー使用量の削減、排出量の削減、廃棄物処理の制限を実現することができる。

国際亜鉛協会で亜鉛電池イニシアチブのマネージャーを務めるJosef Daniel–Ivad氏は、リチウムイオン電池の人気の理由は、エネルギー密度が高く、小型で携帯電話やノートパソコンなど多くの携帯電子機器に使用できることだと述べている。

また、亜鉛二次電池は定置用エネルギー貯蔵に最も適していると指摘する。例えば、Urban Electric Power、Enerpoly、Zelos、Salientといった開発会社が、家庭や中小企業、産業界にバックアップ電源を供給している。

亜鉛電池は開発の重要な段階を迎えており、開発者は旧来の確立された技術と競争する態勢を整えている、あるいはすでに効果的に競争している。

オーストラリアのRedflow、米国のZincFive、AESIR Technologiesなどは、オーストラリア、米国、その他の多くの国でプロジェクトを立ち上げ、商業段階に突入している。UEP、Zelos Energy、Salient Energy、Enerpolyといった他の亜鉛電池開発企業は、エネルギーコストを100ドル/kWh以下にまで下げることを目標としている。「そのために、低コストの亜鉛と低コストのマンガンを組み合わせることに重点を置いており、彼らの技術ロードマップでは、1年以内に50ドル/kWh以下、3年以内にさらなる研究開発で25ドル/kWh以下が達成される可能性があると予測されている。
Daniel-Ivad氏によると、亜鉛はコスト、供給、リサイクル性という点で競合他社と比較して有利であるという。

Ayar Labs、光I/OチップレットでNvidiaと提携
光チップ間通信技術を中心にエコシステムを構築しているカリフォルニアのスタートアップ企業、Ayar Labsは、Nvidiaと提携し、光I/Oを備えた次世代アーキテクチャを開発する。

Nvidiaのデータセンター製品担当チーフプラットフォームアーキテクトRob Ober氏は声明で、「過去10年間、Nvidiaが加速したコンピューティングは、AIで100万Xのスピードアップを実現した。次の100万Xには、将来のAIとMLワークロードおよびシステムアーキテクチャの帯域幅、電力、スケール要件をサポートするために、光I/Oのような新しい高度な技術が必要になる」と述べている。

Nvidiaの公式見解は、2023年までにAIモデルの接続数が100兆以上（2021年の600倍）になると考えており、この時点で既存の銅製インターコネクトプラットフォームの技術力は超えているとしている。Ayarは、自社の光チップ間通信技術により、銅線インターコネクトの1000倍の帯域密度を、10分の1の電力とレイテンシで実現できると主張している。

Ayarは、2015年にMIT、コロラド大学ボルダー校、カリフォルニア大学バークレー校からスピンアウトして以来、光I/O技術に取り組んできた。同社のTeraPHYチップレットをホストSoCと並べることで、光ファイバーによる広帯域、高速、低消費電力の光チップ間通信を実現する。

Ayar Labsの社長兼CTOであるMark Wade氏は、「世代を重ねても、我々はレチクルあたりの計算量を拡張している」と述べている。しかし同時に、I/Oの帯域幅は2010年代になっても追いつくのに非常に苦労している。この帯域幅の制限から逃れようとする電気I/O技術はどうなるのだろうか。

この問題は、I/Oに必要な電力量や、演算ユニットあたりに必要な帯域幅など、さまざまな次元で顕在化している。電気的リンクは再タイマーを必要とし始め、それに伴いシステムレベルのコストと複雑さが増している。

Ayarの技術は、これらの問題に対処するために構築されており、同社はGlobalFoundriesで光I/Oチップレットを製造し、良品ダイを顧客に出荷する。チップレットは、最新のチップレットインターポーザ技術により、モジュール上のホストSoCの隣にフリップチップで組み立てられる。AyarのTeraPHYチップレットは、電気から光への変換を行い、光ファイバーを使ってチップ間のデータ転送を行うことができるようにする。

現在、AyarはDARPA PIPESプロジェクトの一環として2018年にIntelと設計したホストSoCと光チップレット間の電気インタフェースを使用している。しかし、同社は今後、UCIeとCXLの両方のチップレット間通信規格に対応する予定だ。

進化するグラフェン電池
グラフェンを電池やその他のエネルギー貯蔵デバイス（スーパーキャパシタなど）に応用することは、何年にもわたって学術的に研究開発されてきたが、現在ではさまざまな最終用途分野をターゲットにした商用製品が市場に出回っている。これは、ここ数年の間に顕在化したものであり、市場の立ち上がりは遅かったかもしれないが、より多くの製品が市場に投入されており、この傾向もすでに2022年の前半まで続いている。

グラフェン電池の着実な商業化：
商業的に採用されるようになってから数年の間に、グラフェンはローテク用途で多くの用途を見出すようになり、グラフェンの衣類やテキスタイルは、最大市場（商業製品の数）の1つとなっている。グラフェンは、その潜在能力にもかかわらず、ハイテク分野への参入に苦労してきたことは周知の事実だが、この2～3年ですべてが変わってきた。

グラフェンは現在、バッテリーやエネルギー貯蔵技術に多くの商業的関心を集めており、バイオセンサーや携帯電話の冷却システム（現在、中国の携帯電話のいくつかはグラフェン冷却システムを採用している）と並んで、バッテリーはグラフェンの最も商業化されたハイテクアプリケーションの1つとなっている。

グラフェン電池の市場が拡大していると言っても、まだ比較的専門的な技術分野であるため、数百ではなく、数種類の商用製品について話していることに留意する必要がある。2020年から現在に至るまで、いくつかの注目すべき製品が市場に出てきている。そのひとつが、GACグループによるものである。GACは長年の試験と開発を経て、ついに2021年に量産に入る電気自動車（EV）用バッテリーを生み出し、今年後半に市場に出るはずのAion V カーに搭載されることとなった。

市販のEV用グラフェン電池の実用化は、これまでで最も大きな進展の一つだろう。しかし、これと並行して、Skeleton Technologiesは、興味深い「クシャクシャ」グラフェン素材を使った超高速充電グラフェン電池とスーパーキャパシタの開発を進めている。電池はまだ開発中だが、ターゲット市場は自動車で、スーパーキャパシタはすでに水素燃料電池で走る一部のバスに採用されている。

この他にも、Strategic Elementsが、ウェアラブル医療やウェアラブル技術市場を念頭に、グラフェンインクを使用したフレキシブルで自己充電可能なバッテリーを開発しているのも注目すべき点であった。2022年現在、同社のフレキシブルバッテリーに関する情報はあまりないため、まだ試作段階であると推測できるが、ウェアラブル分野ではグラフェンや他の2次元材料を使ったフレキシブルバッテリーの開発に長年関心が集まっているため、市場に出てくる可能性は高い（あるいは他の企業が同様の製品を市場に出す）だろう。
まだ2022年の半分も過ぎていないが、すでに宇宙用バッテリーやグリッドストレージからの電池など、いくつかの興味深い商業的展開があり、上記以外の企業も新しいグラフェン電池製品を市場に投入している。

サンフランシスコでのロボタクシー・トライアル：Waymo vs. Cruise
自律走行車（AV）投資をリードし、すべての許可が下り次第、サンフランシスコでロボットタクシー展開を開始する予定の2社、WaymoとCruise。本コラムでは、カリフォルニア州自動車局（DMV）から入手可能な公開データをもとに、両社の取り組みを比較する。

この2つの機関は、AVのテスト活動を監督しており、カリフォルニアでロボットタクシーが導入される時期を実質的にコントロールしている。現在、WaymoとCruiseの両社は、サンフランシスコでドライバーレスのロボットタクシーサービスを提供するための道筋を複数歩んでいる。

Waymoは、ロボットタクシー、ロボットトラック、トラックやバンによる物品配送の3つのAVユースケースでテストを行っている。Cruiseは、ロボットタクシーが主要なユースケースで、自動車、バン、小型トラックによる物品配送は副次的なものである。

投資家 Crunchbaseによると、Waymoには多くのVCファームを含む計12社が55億ドルを投資している。AlphabetはWaymoの親会社であり、主要な投資家である。

Cruiseは46社が出資しており、デットファイナンスを含めて150億ドルを超えている。GMは親会社であり、主要な投資家である。ホンダも主要な出資者であり、CruiseのAV技術を利用する予定である。MicrosoftとWalmartもCruiseに出資している。Microsoftの投資の一環として、CruiseはMicrosoft Azureのクラウド技術を使用する予定である。

OEMパートナー Waymoは、日産、Renault、Stellantis、Volvoの自動車と、多様な自動車OEMパートナーを持っている。Waymoは、自律走行トラック群のパートナーとしてDaimlerトラックを擁している。

Cruiseは、GMとホンダの2つの主要な自動車OEMをパートナーとしている。両社は、ロボタクシーやその他のAVの開発で協力している。Cruiseは自律走行トラックには投資していないが、バンや小型トラックを使った物品配送のパートナーを獲得する可能性が高い。

物品配送のパートナー ：Waymoは、AutoNation、CH Robinson、JB Hunt、UPSなど、複数の物流会社と自律走行トラックで提携している。WalmartとSafewayは、ミニバンや類似の車両を使った商品配送でパートナーとなっている。

CruiseはWalmartと自動車による商品配送で協業しており、バンを追加する可能性がある。

ロボタクシーパイロット：両社は、ロボットタクシーのテストとパイロットプログラムのリーダーである。Waymoは2018年にフェニックス近郊のチャンドラー地区でロボタクシーの試験走行を開始した最初の企業である。現在、ロボタクシーサービスのほとんどはドライバーレスAVを使用しており、Waymoはフェニックスのダウンタウンでロボタクシーのトライアルを開始している。

Waymoは現在、ロボタクシーの試験をサンフランシスコに拡大し、カリフォルニア州PUCの用語で「drivered」と呼ばれる安全運転手による試験プログラムを開始しており、将来的にはロサンゼルスや、ニューヨークでのロボットタクシー試験も視野に入れている。

Cruiseは、ロボットタクシーのテストのほとんどをサンフランシスコで行っており、現在、サンフランシスコでドライブレッドとドライバーレスの両方のテストが許可されている。Cruiseはフェニックス地区でもテストを行っている。

カリフォルニアのデータ：2022年3月時点で、Waymoは630台のドライブレッドAVと71台のドライバーレスAVの許可を得ている。Cruiseは、236台のドライブ付きAVと52台のドライバーレスAVの許可を得ている。

2015年から2021年まで、Waymoはカリフォルニア州DMVのAVテストプログラムで710万マイルを走行した。7年間の時間枠で、全AVマイルに占めるWaymoのシェアは56.3％だった。Cruiseは2016年に開始し、6年間のテストを通じて306万マイルのAVマイルをカバーした。Cruiseのシェアは、カリフォルニア州でAVをテストする全企業によるAVマイル総距離の24.3％であった。

カリフォルニア州PUCは2019年にAVテストを開始し、四半期ごとに結果を公表している。2022年2月までの最新データは4月に掲載された。Waymoは2019年7月から2022年2月までに270万マイルを走行し、AVの総マイル数の95％以上を占めた。WaymoのAVマイルはすべてドライブ付きAVによるものであった。

Cruiseは2019年末に駆動型AVのPUC許可を、2021年末にドライバーレスAVのPUC許可を取得した。Cruiseは現在、ドライバーレスAVに注力しており、2021年12月にサンフランシスコでのドライブレッド・テストを停止した。Cruiseは2022年2月末までに、PUC AVを合計4,700マイル走行させたに過ぎない。

AVマイルを持つ企業 カリフォルニア州でAVをテストする企業数は、2015年の8社から2018年のピーク時には48社に増加した。AVテスト会社総数は、2020年に31社、2021年に25社に減少。AVテストの許可を持つ会社は増えているが、毎年テストをしていない会社も多くあり、現在、47社がセーフティドライバーが運転席に座った状態でAVをテストする許可を取得している。