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光るシリコンの開発に成功!何やかんやあってCPUの性能が上がるってよ

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  • 東京大学の大津元一教授ら、シリコンを用いた半導体レーザーを開発した。
  • 微小な短冊状のシリコンから、、出力約100ミリワットの近赤外のレーザー光の発振に成功した。
  • Siレーザーが出す近赤外光は、コンピューターに組み込む大規模集積回路間のデータ伝送にも適している。

かつて半導体材料といえばシリコン(ケイ素、Si)が代名詞だったが、最近は発光ダイオード(LED)やレーザーに使う窒化ガリウム(GaN)の方が話題だ。シリコンは演算やデータ記憶の性能で優れる半面、発光させるのは難しい。照明用やコンピューターの高速化には発光が必要で、シリコンには不可能といわれた。ところが、窒化ガリウムとは用途は違うが、シリコンでも発光できる研究成果が報告され、注目を集めている。

小型発振器で高出力の赤外光 携帯型の加工機も製品化へ

半導体は何もしなければ電気が流れず、エネルギーを与えると流れる固体の材料だ。電圧を変化させてオンとオフを切り替えて、演算やデータの記憶ができる。砂の主成分で世界中に豊富にあるシリコンは資源に困らない利点もある。

ただ、半導体を発光材料として使う場合、「直接遷移型」と呼ぶ電子構造が必要だ。残念ながらシリコンは発光が困難な「間接遷移型」と呼ぶ電子構造をしている。このため、産業界などは発光素子として窒化ガリウムやガリウムヒ素(GaAs)など直接遷移型の化合物半導体の研究に注力している。

この流れに一石を投じたのが、東京大学の大津元一教授らの成果だ。このほど、NPO法人のナノフォトニクス工学推進機構、産業機械メーカーのソディックと共同で、シリコンを用いた半導体レーザーを開発した。

研究チームはシリコンにホウ素を注入し、発光させたい波長の光を当てながら数アンペアの直流電流を数十分流した。その結果、間接遷移型でも発光する構造ができた。長さ15ミリメートル、幅1.5ミリメートル、厚さ0.1ミリメートルの微小な短冊状のシリコンから、目には見えない波長1.3~1.5マイクロ(マイクロは100万分の1)メートル、出力約100ミリワットの近赤外のレーザー光の発振に成功した。

この新技術について、大津教授は「出力を高めて材料加工などの新規用途を狙っている」と話す。ソディックは金属粉末にレーザー光を当てて立体構造をした金属やセラミックスの機械部品を作る3D(3次元)プリンターを製造販売している。外部から購入して自社製品に組み込んでいるレーザー光源の出力は約500ワットと高い。長い光ファイバーに光を入れてレーザー光を引き出す方式で、光源だけで旅行用キャリーバッグほどの大きさだ。シリコンで作れば筆箱ほどに小型化できるとみている。

Siレーザーの開発を先導したナノフォトニクス機構の川添忠部長は「出力はまだ100ミリワット程度だが、素子の長さを今の15ミリメートルから100ミリメートルまで伸ばせば、計算上は500ワットにできる」と話す。さらにソディックの佐野定男専務は「高出力で小型の特長が、3Dプリンター用光源の置き換え以外の新しい市場を生み出す可能性もある。Siレーザーが新しい事業の柱になるかもしれない」と期待する。

例えば、レーザー光で金属を切断したり溶接したりする加工機だ。発振器が筆箱ほどの大きさになれば、どこにでも持ち運んで使える携帯型のレーザー加工機を実用化できる。ソディックは自社で小型光源を開発するために4年前から東大に技術者を派遣してきた。現在は5人も常駐させる力の入れようだ。すでに10億円を投じて横浜市の本社内に設置した研究設備を使って、Siレーザーの製品化に向けて準備を進めている。2016年末までの製品化が目標だ。

コンピューターを超高速化 演算から通信用光源まで1個のLSIに

Siレーザーが出す波長1.3~1.5マイクロメートルの近赤外光は光ファイバー通信や、コンピューターに組み込む大規模集積回路(LSI)間のデータ伝送にも適している。現在はLSI間のデータは電気で伝送しているが、光に変えればコンピューターの演算処理速度は桁違いに向上できる。

東京都市大学の丸泉琢也教授らは、総務省のプロジェクトでコンピューターのデータ伝送用の実現を目指してきた。シリコン基板の上に酸化シリコンの薄膜を介してゲルマニウム(Ge)で作った直径2~3マイクロメートル、厚さ0.5~1マイクロメートルの皿に似た構造を作った。ゲルマニウムはシリコンに似た物質で間接遷移型の電子構造を持つが、ゲルマニウムの内部に生じる引っ張りひずみの影響で、直接遷移に近い構造に変わる。その結果、表面からレーザー光が発振する構造にすることができたという。

まだレーザー光を出す実験は実施していないものの、基礎的なデータで発振する見通しを得た。波長1.6~1.7マイクロメートルの近赤外光が出るようになるという。今年9月に名古屋市で開いた応用物理学会で発表して注目を集めている。LSI間のデータ伝送を想定しており、2年以内にレーザー光の発振、東京五輪が開かれる20年までに実用的な性能を出すことを目指している。

現在、LSIで演算した電子のデータはガリウムヒ素など化合物半導体のレーザー光源で光のデータに変換し、光ファイバーに入れて送っている。レーザー光源の化合物半導体とLSIのシリコンでは材料が大きく異なるため、別々の部品として作ってから配線で接続している。今後、シリコンでレーザー光源まで作れるようになれば、同じシリコン基板上に一連の工程でLSIとレーザー光源を一体型で作れるようになる。演算、記憶、発光の3機能を兼ね備える次世代の半導体素子ができれば、その用途はコンピューターにとどまらず、予想外の製品も含めて幅広く生かされるかもしれない。

http://www.nikkei.com/article/DGXMZO92266630Q5A930C1000000/
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何言ってだこいつ

よくわからん

量子コンピューターだな

発光とCPU速度向上の関係が分からん

>>10
電気信号じゃなくて光信号でやり取り出来ればって事じゃね?

>>18
光信号のほうが有利なの?

>>21
漏れ電流が無くなるから省電力化。
爆熱しないから冷却ファンも要らなくなる

>>35
でも信号の伝達が銅とか金とかでできなくなるから困るんじゃない?
光ファイバーってcpu結線できるほど細く作れたっけ?

>>57
電子の単なる移動と違って
光だから色混ぜることができる
赤青が別々の信号で混ざって送信されてきたら
赤と青別々の受信素子用意すればいいから
配線の簡略化ができる

>>62
装置が馬鹿でかくなるような予感が。デスクトップPCじゃなくてスパコンに採用か。

シリコンでも発光するんだ。
これ出来ると光コンピュータ出来るよな。
そして可能なら量子コンピュータも。

これどれくらい革新的な技術革命かって言うと
Pentium4を5000Ghzで動かせるようなもんだからな。
桁違いの処理能力だよ。

>>20
とても温かそうですね(^v^)

結構前に出てたろ
発光させたい色あてながら
熱加えるとその色に発光するようになるから
不可能だった白色ができるとか

発光はする
だがフォノンを使う必要があり
直接遷移型より効率が低く発熱するはず

おまえら頭が発光してるぞ!

>>25
ハゲがいるそ!!

>>25
発光じゃない、反射だ

>>25
てめえ、いい加減にしねーと頭ソーラーレイにしてぶち込むぞ

実用化は忘れた頃に

まあ市販のCPUになるまでは10年以上かかるんだろうなぁ

省電力化にもなるな
ノートpcで一週間電池持つとか

クロップアップに発光が必要ってのがちょっと良くわからない

>>34
導体内での電子の移動では、CPU内部の信号伝達速度に限界があるっつーことなんじゃないかな

なんだかんだでLED照明ってまだまだ使いにくいよなぁ

シリコンでも発光するという研究は14~5年前に聞いた事がある。
しかしそれっきりになった。研究室レベルで終わったんだろうな。

珪素生命体の誕生か

膣化ガリウムはIGBTなんかのパワーデバイスへの応用も注目されてるけど

>>41
君は普段どんな書き込みをしてるんだね

>>41
真面目な書き込みなのに一文字目で台無しw

LEDは爆熱問題が徐々に解決されつつあって、ヘッドライトにも普通に使われ始めたけど
このレベルまでは50年は掛かると思う

ポーラスシリコンとかシリコンナノドットとか10年ぐらい前に一時期流行ったけど
不安定すぎて

それって有機ELじゃね?

そこは光回廊みたいな感じで

PCやスマホが今の性能で小型省電力化ができるような技術なのか
巨大なコンピュータが高速にできる技術なのか

どっちなんだろう
両方?

有機素材を使った寿命の早い撮像センサーより、FOVEONの方が進化の余地がある?

どこの企業買えばいいのさ

でも爆熱なんでしょ

>シリコンは演算やデータ記憶の性能で優れる
いや、安いってだけで性能が良い訳じゃないから

でもお高いんでしょう?

電気信号 → ノイズの発生あり、ノイズの影響もあり
光信号  → ノイズの発生なし、ノイズの影響もなし

じゃなかった?

液晶の代わりになるまで30年か?

AMD「周波数上げるだけならまかせろー」

CPU発熱すごいことになるの?
もう空冷は無理け?

通常半導体で発光させる場合、不純物を加えてできるPN接合のバンドギャップに相当した波長の光を発生させるが
これとは違う原理なんだな
そこまでは分かった(気がした)

もうパソコンのファンを光らせなくていいんだ

LEDのなにがいいって蛍光灯より熱くないことなんだよ
そこがシリコンでクリアできない限り置き換えにならないだろ

光と音が出せればモノリスになるな。音は出るのか?

それでも重くなるOSを作るのがあいつらの役割

コンピューターの高速化に発光が必要?

どういう原理でそうなるんだ?

>>109
電気信号より光信号のが速いんだよ

家庭用PCならC2Dぐらいの速度あればもう十分だろ。
corei7とかオーバースペック。宝の持ち腐れ。

そしてストレージの遅さがますます目立つようになる訳だな
誰得

引用元・http://hayabusa3.2ch.sc/test/read.cgi/news/1444015881/
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