あなたのスマホのフリーズ、原因は降りそそぐ「宇宙線」かもしれない

スマート社会を脅かす「ソフトエラー」

どの程度の対策が必要か事前に把握し効果を確認するには、そのデバイスがどれくらいソフトエラーを起こしやすいのか、事前に評価する必要がある。

このジレンマを解消する、正確かつ手軽なソフトエラー対策に向けた取り組みが大阪大学で始まっている。

ソフトエラーに産学で挑む日本の取り組み

「京」のソフトエラー対策を担当したグループをはじめ、国内の研究機関や企業が共同研究と人材育成を進めるコンソーシアム「QiSS」は、重点的な課題の一つに「ソフトエラー対策」を置いている。

大阪大学、九州大学、京都工芸繊維大学、日本原子力研究開発機構等の大学・機関に加え、日立やソシオネクストといった企業もまじえ、実用的なソフトエラー対策の実現へ取り組んでいる。

デバイスがどの程度ソフトエラーを起こしやすいか、実用的な評価方法へ向けた研究の一つがシミュレーションだ。

宇宙線が半導体チップへ飛び込んだ時にどのように振る舞うのか、ミクロなモデルを精緻化し、半導体デバイス設計のシミュレータと接続することで一気通貫にソフトエラーをシミュレートできるよう試みている。シミュレーションと実際に加速器を用いた計測を組み合わせていくことで、実際の計測の手間をなるべく省く考えだ。

大阪大学核物理研究センターでの実験風景大阪大学核物理研究センターでの実験風景

また、中性子を実際に当てた計測もより手軽に行えるよう、中性子源自体の小型化にも取り組んでいる。レーザーで加速した重水素イオンをベリリウムへぶつけることで中性子を得る手法で、加速器ほど大規模な施設でなくても、デバイスがソフトエラーをどの程度起こすか計測することが可能だ。

加えて、中性子以外の宇宙線によるソフトエラーについても研究が進められている。

これから、さらに微細かつ低電圧で動く半導体チップの開発が予想される。そうなると、中性子よりも核反応を起こしにくく、物質を素通りしやすいミューオンという素粒子も、ソフトエラーの原因となりうると指摘されているのだ。

最近、プラスの電荷をもつミューオンとマイナスの電荷をもつミューオンとでは、マイナスの電荷をもつほうがエラーを起こしやすいことが分かってきた。

半導体デバイスの数は今後20年間で60倍になり、並行してソフトエラーに関する基準も厳しくなることが予想されている。

ソフトエラーの評価や対策サービスも始まってはいるものの、デバイスの増加予測から比べると市場規模はまだまだ小さく伸びしろがあるだろう。

日本発のソフトエラー対策を国際展開していくため、近い将来QiSSでは、国際標準をまとめて提案する予定だ。

ソフトエラーは、超スマート社会を支えるインフラの一つとして避けては通れないテーマになってくるだろう。