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Research Results 研究成果

电子机器の信頼性评価の迅速化に光明

~様々な中性子施设で半导体ソフトエラー评価を可能にする技术を开発~ 2023.06.05
研究成果Technology

概要

 自動運転や介護ロボットの実用化が期待される中、コンピュータの中核をなす半導体チップの信頼性確保の重要性が高まっています。一方で、地上には宇宙線が空から降り注いでおり、宇宙線に含まれる中性子によって半導体チップにソフトエラーと呼ばれる事象が生じ、その結果としてコンピュータが誤作動を起こすことが知られています。ソフトエラー率は、地上の宇宙線環境を再現する特殊な中性子源を用いた実験で評価する方法が一般的ですが、そのような中性子源は国内で1つ、世界でも5つほどしかなく、年々高まる半導体チップのソフトエラー率評価の需要を満たすには限界がありました。そこで、量子アプリ共創コンソーシアム(略称QiSS)の中で京都大学大学院情報学研究科 橋本昌宜教授が課題責任者を務める産学連携ソフトエラー研究グループでは、任意の中性子源による1つの測定結果とシミュレーションを組み合わせて地上ソフトエラー率を求める手法を開発しました。また、3施設7種類の中性子源による測定値と放射線挙動解析コードPHITSを用いてソフトエラー率評価を行い、本手法の有効性を実証しました。本手法によって、限られた特殊な中性子源を用いることなく国内外に多数ある一般の中性子源を用いたソフトエラー率評価が可能となり、高まるソフトエラー率評価の需要に応じることができます。これにより、情報化社会を支える安心?安全で信頼できる半導体チップの開発ペースを加速させることが期待されます。
 研究プロジェクトの集大成となる本研究成果は、2023 年 5月 29 日に「IEEE Transactions on Nuclear Science」のオンライン版に掲載されました。本研究は、国立研究開発法人科学技術振興機構( JST ) 産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム( JST 、OPERA 、JPMJOP1721 )の支援を受けて実施しました。

用语解説

?宇宙线
宇宙线とは、宇宙空间に存在する放射线で、地球にも降り注いでいます。宇宙线が大気と反応することで、ソフトエラーを引き起こす中性子が発生します。
?中性子
中性子は、原子核の构成要素の一つで、电荷を持たず、质量が阳子とほぼ同じである素粒子です。
?中性子源
中性子を発生させる装置や物质のことで、ソフトエラーの评価には一般に加速器施设で発生させる中性子ビームが用いられています。
?PHITS
闯础贰础が中心となって开発を进めているモンテカルロ计算コードで、あらゆる物质中での放射线の振る舞いを第一原理的に计算することができます。放射线施设の设计、医学物理计算、宇宙线科学など、工学?医学?理学の様々な分野で利用されています。参考鲍搁尝は。
?ソフトエラー率
単位时间あたりに半导体チップに発生するエラー数。
?ソフトエラー発生确率
中性子1个が半导体チップに入射されたときにソフトエラーが発生する确率。

研究者のコメント

 大学、国立研究机関、民间公司が强力な产学连携チームを构成して、产业界の発展につながる研究成果を挙げることができました。一般社団法人量子アプリ社会実装コンソーシアム(略称蚕础厂厂)を通じて、世界标準规格と认められるように研究活动を続けていきます。

発表者

京都大学大学院情報学研究科 教授
橋本 昌宜 (はしもと まさのり)

日本原子力研究開発機構 研究副主幹
安部 晋一郎 (あべ しんいちろう)

京都工芸繊維大学 電気電子工学系 教授
小林 和淑(こばやし かずとし)

九州大学総合理工学研究院 教授
渡邊 幸信 (わたなべ ゆきのぶ)

大阪大学核物理研究センター 教授
中野 貴志 (なかの たかし)

论文情报

タイトル:(シミュレーションと1回の中性子照射试験に基づく地上ソフトエラー率推定法)
著者:Shin-ichiro Abe, Masanori Hashimoto, Wang Liao, Takashi Kato, Hiroaki Asai, Kenichi Shimbo, Hideya Matsuyama, Tatsuhiko Sato, Kazutoshi Kobayashi, and Yukinobu Watanabe
掲載誌:IEEE Transactions on Nuclear Science
顿翱滨:10.1109/罢狈厂.2023.3280190

タイトル:(低エネルギー中性子起因SEUおよびMCUのエネルギー依存性の特性および65nm Bulk SRAMの環境SERの推定への影響)
著者:Wang Liao, Kojiro Ito, Shin-ichiro Abe, Yukio Mitsuyama, and Masanori Hashimoto
掲載誌:IEEE Transactions on Nuclear Science
顿翱滨:10.1109/罢狈厂.2021.3077266

タイトル:(J-PARC MLFの核破砕中性子照射による65nm SRAMのシングルイベントアップセット測定)
著者:Junya Kuroda, Seiya Manabe, Yukinobu Watanabe, Kojiro Ito, Wang Liao, Masanori Hashimoto, Shin-ichiro Abe, Masahide Harada, Kenichi Oikawa, and Yasuhiro Miyake
掲載誌:IEEE Transactions on Nuclear Science
顿翱滨:10.1109/罢狈厂.2020.2978257

タイトル:(65nm Bulk SRAMの性子起因シングルイベントアップセットにおける照射方向の影響)
著者:Shin-ichiro Abe, Wang Liao, Seiya Manabe, Tatsuhiko Sato, Masanori Hashimoto, and Yukinobu Watanabe
掲載誌:IEEE Transactions on Nuclear Science
顿翱滨:10.1109/罢狈厂.2019.2902176

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