Creation of extremely energy-efficient logic circuits beyond the thermodynamic limit based on reversible quantum flux circuits
| Project/Area Number |
19H00760
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
吉川 信行 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70202398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山梨 裕希 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70467059)
竹内 尚輝 横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 特任教員(准教授) (00746472)
アヤラ クリストファー 横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 特任教員(准教授) (90772195)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2020-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥44,980,000 (Direct Cost: ¥34,600,000、Indirect Cost: ¥10,380,000)
Fiscal Year 2019: ¥13,260,000 (Direct Cost: ¥10,200,000、Indirect Cost: ¥3,060,000)
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| Keywords | 超伝導材料・素子 / 先端機能デバイス / 低消費電力 / 超高速情報処理 / デバイス設計・製造プロセス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、低エネルギー動作を特徴とする断熱型量子磁束回路(AQFP)を用いた双方向演算が可能な可逆回路の学理を明らかにし、論理回路の熱力学的極限を超える究極の低消費エネルギー集積回路を実現する。これにより回路の消費エネルギーを半導体回路に対して6桁以上低減し、冷却電力を考慮しても十分な優位性を生み出す。本研究は可逆AQFPを中核技術とし、可逆演算の学理の解明、回路設計技術の確立、新規可逆量子磁束回路の創出、新規プロセッサアーキテクチャを研究し、超省エネ集積回路の基盤技術を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、低エネルギー動作を特徴とする断熱的量子磁束回路(AQFP)を用いた双方向演算が可能な可逆回路の学理を明らかにし、論理回路の熱力学的極限を超える究極の低消費エネルギー集積回路の実現を目指した。
①可逆AQFPの学理の解明では、可逆回路の消費エネルギーと動作速度の関係を明らかにした。1b全加算回路について演算エネルギーならびにその下限値と可逆性の関係を、熱雑音を考慮した回路シミュレーションにより調べた。これにより、1bの全加算器において、周波数の低下に対して演算エネルギーの下限値が無いことを示した。また、1b可逆AQFP全加算器の演算エネルギーは、1b非可逆AQFP全加算器に対して、２桁以上小さくなることを明らかにした。
②可逆AQFPの設計基盤技術の確立では、可逆AQFPの大規模集積回路を実現するために必要な基本可逆ゲートの最適化とレイアウト設計を行い、基本セルライブラリを完成させた。これにより、1b可逆AQFP全加算器や4b可逆AQFPデーコーダを設計試作し、実験によりそれらの基本動作を検証した。
③新規可逆量子磁束回路の創生では、AQFPアレイの相互結合を任意に設定し、ポテンシャル形状を最適化することで、AQFPアレイの一斉励起により複雑な機能を有する可逆演算ゲートを構成した。AQFPアレイの結合モデルを提案し、目的演算関数とAQFPの相互結合強度との関係を明らかにした。
④新規プロセッサアーキテクチャの研究では、可逆AQFPマイクロプロセッサのプロトタイプとして、単一命令セットを有するマイクロプロセッサを設計し、その基本性能を回路シミュレーションにより評価した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
