パワースピン株式会社（Power Spin）

市場課題｜半導体の消費電力の増加

性能向上で電力コストが増加

半導体の演算性能が上がるほど、機器の消費電力も増えます。LSI（大規模集積回路）は、トランジスタ（電気の流れを切り替える半導体の部品）の数を増やして性能を高めてきたため、電力と発熱も大きくなってきました。AI（人工知能）が普及すれば、データセンターの電力コストの増加が見込まれます。

待機中も電力を使い続ける

現在のメモリは、記憶を保つ間も電力を使い続けます。SRAMやDRAM（プロセッサのキャッシュや主記憶に使うメモリ）は揮発性メモリで、電源が切れると記憶が消えるため待機中も給電が必要です。電源を落とせば電力は減りますが記憶も消えるため、待機電力の削減は困難です。

省電力化の壁は、これだけではありません。演算装置とメモリの間でデータを往復させる時間と電力、発熱を逃がす冷却の負担、高温でも安定して動く記憶素子の確保、といった課題があるといわれています。

FrontJournalの解説

• 揮発性メモリ電源の供給が止まると、記憶した内容が消えるメモリである。SRAMやDRAMが代表例で、動作は高速だが、記憶を保つあいだ給電を続ける必要がある。待機時の消費電力が増える一因となる。

パワースピンの強み｜回路に組み込む「MRAM」

消費電力を100分の1以下に

シリコンCMOS（電子回路を作る標準的な半導体技術）だけで構成した集積回路では、記憶を保つために回路全体へ給電を続ける設計が基本でした。

同社が設計する回路の消費電力は、シリコンCMOSだけの回路の100分の1以下とされています。「スピントロニクス」（電子の電荷に加えて、磁石の性質も一緒に使う技術）を応用した「スピントロニクスロジック」が、ブロックごとに「STT-MRAM」（スピン注入磁化反転型の磁気抵抗メモリ）を分散配置するためです。記憶をブロック内に持たせるので、電源を落としても直前のデータは残ります。削減の幅は、用途ごとに異なります。同社の主力は、「CMOS／スピントロニクス Hybrid LSI」の設計サービスです。

電源を切ってもデータが残る

フラッシュメモリのような従来の不揮発性メモリは、書き換えに時間がかかり、書き換えられる回数にも限りがありました。

「STT-MRAM」は電源を切っても記憶が残り、書き換えの速さと耐久性も両立します。記憶素子は、コバルト鉄ホウ素（CoFeB）の層で酸化マグネシウムの絶縁層を挟む磁気トンネル接合です。参照層は固定で、電流で反転するのは自由層だけです。2枚の向きが1と0にあたり、メモリセル（1と0を1つ記憶する最小単位）はトランジスタ1個と接合1個で作れます。東北大学が開発した4重界面の「Quad-MTJ」は、車載向けの10年以上のデータ保持を保ち、10ナノ秒の書き込みと10の11乗回以上の耐性を実証しました。

FrontJournalの解説

• 磁気トンネル接合2枚の磁石の層で、電子がすり抜けるほど薄い絶縁層を挟んだ素子である。両側の磁化の向きが同じか逆かで電気の流れやすさが変わり、その差を1と0として読み出す。「MRAM」の記憶素子にあたる部分を指す。

MRAMの未来｜AI・車載機器への応用

不揮発性マイコンへの搭載

「MRAM」を組み込んだ半導体は、不揮発性マイコン（機器を制御する小型の半導体）の形で試作が報告されています。同社は、シリコンCMOSとスピントロニクスを組み合わせたLSIの設計から試作・評価解析までを引き受けます。演算とデータの保持を同じチップで行う設計は、画像認識プロセッサのように大量のデータを扱う用途にも有効です。設計データにあたる回路IPやPDK（半導体を設計するための基礎データ）の販売も、事業の柱です。

車載機器の高温環境に対応

短期には、車載機器の分野で広がりが見込まれます。車の制御装置（電子制御ユニット）は、エンジン周辺の高温の環境でも記憶を保ち、素早く読み書きできる素子を必要とします。東北大学は「STT-MRAM」の車載応用に向けた素子技術を報告しており、その成果が同社の設計サービスの土台です。電源を落としても直前の状態が残るため、起動のたびにデータを読み込み直す手間を減らせます。

IoT機器の省電力化を目指す

同社は、スピントロニクス半導体を産業の標準的な選択肢へ広げることを目指しています。設計サービスと回路IPの提供を通じて、半導体メーカーが自社の製品へ「MRAM」を組み込みやすい環境を整えます。量産には、300mmウェハ（直径300ミリの半導体基板）に対応する製造技術との接続が欠かせません。常時電源が入ったままのIoT機器は台数が多いため、待機中の電力を抑えた効果が大きく積み上がります。

会社概要｜パワースピンの事業内容・設立背景

東北大学の研究から事業化

パワースピンは、2018年10月に宮城県仙台市で設立されました。創業の中心は、東北大学の遠藤哲郎氏です。同氏は東北大学国際集積エレクトロニクス研究開発センター（CIES）のセンター長を務め、「STT-MRAM」と省電力の集積回路を研究してきました。代表取締役社長兼CEOには福田悦生氏が就任し、遠藤氏は代表取締役兼COOを務めています。同社は、本社を東北大学マテリアル・イノベーション・センター内に置き、横浜市にも事務所を構えています。

採択と産学連携の広がり

事業は、公的な支援と産学連携に支えられています。2021年1月に、NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）の「戦略的省エネルギー技術革新プログラム」に採択されました。経済産業省が主導する「J-Startup」（有望な新興企業を選ぶ制度）にも掲載されています。2024年2月には、台湾の半導体受託生産大手PSMC（力晶積成電子製造）との提携を発表し、2029年までの量産開始を目標に掲げています。

累計約35.5億円を調達

同社の創業からの累計調達額は、約35億5,500万円です。公表されている主なものは、2021年11月の7億円と2023年11月の25億円で、ジャフコや三菱UFJキャピタルの投資事業有限責任組合が引き受けました。調達した資金は、回路設計の経験を持つ技術者の採用、設計に使うCAD（計算機による設計）システムへの投資、海外での営業拠点の展開に充てられるとされています。同社はメモリそのものを量産せず、設計・試作の受託と回路IPのライセンスを収益の柱に据え、量産は提携先の工場が担う分業です。

編集後記｜FrontJournal編集部より

半導体の話題では、演算の速さに関心が集まります。しかし機器が使う電力の多くは、記憶の保持とデータの移動に費やされています。パワースピンが手がけるのは、その記憶する側を作り替える技術です。

この会社の面白さは、メモリを回路の中へ分散させた点にあります。演算する回路の隣に不揮発性メモリを置くと、使っていない部分の電源を落としても、直前の状態が残ります。これはメモリの置き換えにとどまらず、電源の入れ方そのものを変える提案です。大学で長く続いた研究の厚みが表れています。

電源を切っても消えない性質が、機器の設計にどこまで自由をもたらすのか。磁石の向きに刻まれた1と0が、これからの電子機器の姿をどこまで変えていくのか、注目したいところです。

フロントジャーナル編集部

本記事は、FrontJournalが公開情報をもとに独自に分析した第三者コンテンツであり、対象企業・研究機関の公式見解ではありません。