脳型コンピュータの実現を加速させる新デバイス「メモトランジスタ」とは?

研究者やエンジニアたちは、より快適なコンピュータ体験を実現すべく、絶え間ない改良を続けています。そして近年、「メモトランジスタ(Memtransistor)」の登場により、人間の脳のように動作するコンピュータの実現に一歩近づきました。現代コンピュータの設計図が描かれたのは1930年代のこと。以来、私たちは毎秒膨大な命令を処理できるシステムを手に入れてきました。人間の脳の完全な再現にはまだ長い道のりがありますが、この成果は決して見過ごせません。本記事では、発表以来大きな話題となっているこの注目デバイスについて詳しく解説します。

メモトランジスタとは何か?

研究者たちは、トランジスタとメモリ抵抗(メミスタ)の機能を組み合わせたこのデバイスの試験を重ねてきました。記憶と情報処理を同時に行える点で、その動作は人間の脳に非常に似ています。脳のような動作原理を持つコンピュータを研究する分野は「ニューロモーフィック・コンピューティング(脳型コンピューティング)」と呼ばれ、メモトランジスタの登場もこの流れの一環です。このデバイスを技術的に定義すると、「抵抗スイッチングに基づく2端子型の不揮発性メモリデバイス」となります。

出典:cloudpro.co.uk

「メモトランジスタ」という名称は、「メミスタ(memristor)」と「トランジスタ(transistor)」に由来し、両者の特性を兼ね備えています。従来のメミスタは印加された電圧を記憶できる一方、制御できるのは1つの電圧チャネルのみという制約がありました。そこで研究チームは、2端子のメミスタを3端子デバイスへと拡張。結果として予想以上に複雑な構造になりましたが、この開発は脳型コンピュータへの接近だけでなく、省エネルギー化にも大きく貢献します。1つのデバイスで記憶と処理の2つの役割を担えれば、複数のデバイスを組み合わせる必要はなくなるのです。

出典:journal.thriveglobal.com

専門家からの評価は?

この成果に誰もが驚嘆したのは事実ですが、その一方で「脳との単純な比較」には慎重な意見もありました。批判者たちによれば、このデバイスは1つの人工ニューロンから別のニューロンへ信号を伝達できる程度であり、数万規模の接続を難なくこなす人間の脳と比べれば、まだ発展途上だというのです。

これに対し、マーク・ハーサム(Mark Hersam)教授率いるノースウェスタン大学の研究チームは、「我々のデバイス設計は追加端子に対応しており、ニューロンにおける多数のシナプスを模倣できる」と反論しています。さらに同チームは、次の段階としてより小型・高速で消費電力の少ないメモトランジスタの開発を掲げており、不揮発性メモリや高度なニューロモーフィック・アーキテクチャの設計にも取り組む方針を示しています。

なぜニューロモーフィック・コンピューティングなのか?

意外に思われるかもしれませんが、現代の主要なアルゴリズムの多くは、人間の脳の仕組みから着想を得て開発されてきました。人間の脳には、まだ人工的には再現できていない驚異的な能力が数多く備わっています。もし人工的な脳を実現できれば、研究や開発にかかる時間は劇的に短縮されるでしょう。コンピュータに求められているのは、ゲームをプレイしたり工場を自動化したりすることだけではありません。既存の課題や今後生まれる問題と向き合い、解決へ導くための「パートナー」としての存在なのです。機械に支配されることへの恐れを乗り越え、人工脳の開発に真剣に取り組むことで、その未来は初めて開けます。

出典:techopedia.com

今後の展望

研究チームの協力体制は確かに卓越した成果をもたらし、その内容は世界的な学術誌「Nature」に掲載されました。この技術は今後スケールアップし、日常生活をよりスマートにする形で普及していくと期待されています。ただし、それには相当な時間が必要です。私たちはまだ第一歩を踏み出したばかりですが、研究成果の再現と応用を重ねることで、さらなる進展が望めます。現時点でこのデバイスは商業利用されていませんが、研究者にとっては極めて重要な基盤技術となるはずです。一点明確なのは、この種のデバイスの製作が可能である以上、人間の脳に近いデバイスの実現も現実味を帯びてきたということです。それが恩恵となるのか、それとも新たな課題を生むのか――結末がどうであれ、私たちの生活は間違いなく大きく変わろうとしています。