为了实现人人都能随时随地使用智能手机等信息通信设备的便捷且安全的信息化社会，设备的小型化、低功耗化及信息处理能力的高效化至关重要。现在，中央处理器（CPU）甚至集成了数百亿个晶体管，这些晶体管作为开关元件，根据外部施加的电压或电流来控制器件内部的电流。然而，传统技术在晶体管的小型化与节能化方面已接近极限，因此，亟需基于不同原理的信息处理技术。
日本产业技术综合研究所（以下简称产综研）一直在致力于探索将各种物理现象应用于电子元件，并开发了氧化物材料的制造技术及元件化技术。此次，产综研电子光基础技术研究部门强关联电子学研究团队的井上悠研究员、井上公高级主任研究员等应用上述技术，成功模拟了“生物神经元组织”的运行方式，使人工器件能够高效处理低速信号。基于该研究，研究人员成功开发并验证了仅需500皮瓦（1皮瓦为1万亿分之一瓦）即可工作的超低功耗晶体管。
基于神经元网络进行笔迹异常检测的模拟实验
（a）为用来区分A、B三角形笔迹的异常检测概念图；（b）通过模拟实验，验证了基于该研究开发的神经元网络器件在笔迹异常检测方面的表现。结果表明，采用模仿生物神经元组织的“低速” 器件构成的神经元网络器件能够成功检测出笔迹的异常，而采用传统高速器件构成的神经元网络则未能有效识别。
这种晶体管适用于构建人工神经元网络，在模拟实验中，该器件成功用于A、B三角形笔迹的异常检测，而采用比该器件快10万倍的高速器件的模拟实验却未能获得成功。这是因为器件的运行速度越慢，信息保存的时间越长。在人机交互的信息处理任务中，期待像生物神经组织那样“低速”运行来实现节能。研究团队计划未来利用这种晶体管构建神经元网络，打造适用于低功耗边缘计算设备的信息处理平台。（TEXT：JST广报科，中川实结）
原文：JSTnews 2025年2月号
翻译：JST客观日本编辑部
