ニアスレッショルド回路の演算効率を最大化する近似コンピューティング基盤の創出
Project/Area Number |
20K19768
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Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 60040:Computer system-related
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Research Institution | Osaka University (2021-2022) Kyoto University (2020) |
Principal Investigator |
塩見 準 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (40809795)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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Keywords | 計算機システム / 省エネルギー / 低消費電力化 / ニアスレッショルドコンピューティング / 近似コンピューティング |
Outline of Research at the Start |
定格値の半分以下の電源電圧で集積回路を稼働させるニアスレッショルドコンピューティングと,多少の計算誤りを許容する近似コンピューティングを融合させた高効率コンピューティング基盤を明らかにする.小規模画像処理プロセッサなどを例とし,具体的には以下の3テーマに取り組む. 1. 極低電圧領域において顕著に生じる演算器の遅延ばらつき(遅延故障率)をモデル化し,与えられた遅延制約のもと,演算器が実現する演算精度をフィールドテスト(モニタ)する技術. 2. 要求される演算精度を満たしつつ,演算器を稼働させ続ける性能保証技術. 3. 実チップ測定を通した前述の2テーマの検証.
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Outline of Annual Research Achievements |
定格値の半分以下の電源電圧で集積回路を稼働させるニアスレッショルドコンピューティングと、多少の計算誤りを許容する近似コンピューティングを融合させた高効率コンピューティング基盤について、本年度は以下の3課題に取り組んだ。 (1) 低電圧領域ではオンチップメモリに部分的な動作故障が発生する。エッジ向け脳型コンピュータアーキテクチャの一種であるHyperDimensional Computingシステムに対して、予め適切な学習を施すことで、動作故障に起因する計算誤りを吸収して推論できることを示した。具体的には、従来手法と比べて推論精度をほぼ落とすことなく電源電圧を約25%下げることができ、結果として消費エネルギーをほぼ半減できることを明らかにした。国際会議で1件、国内研究会で1件の発表を行い、1件の受賞があった。現在、さらなる設計改良を重ね論文誌に投稿している。 (2) 集積回路に与えられた要求動作速度を満たしつつ、消費エネルギーを最小化する電源電圧とバックゲート電圧の最適化システムを前年度に設計した。この成果をまとめた内容が論文誌で採択された。65-nmプロセスにおいて、電圧最適化に必要な遅延が1 msから13 usに短縮できた。ミリ秒オーダの応答性が求められる組込システムに適用できる見込みをつけた。 (3) ゼロ要素を多く処理する応用を前提に、ゼロを記憶したビットセルを検知し、自律的に当該セルにパワーゲーティングを施すスタンダードセルメモリ構造を提案した。ゼロを記憶したビットセルのみにパワーゲーティングを行うため、オンチップメモリとしての機能性を損なわずにリーク電力を削減できる。55-nmプロセスでの実験の結果、オンチップメモリにほぼゼロが書き込まれる場合、すべて1が書き込まれる時と比較して、33%のリーク電力を削減できることを示した。国際会議にて1件の発表を行った。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ニアスレッショルドコンピューティングで生じる動作故障を近似コンピューティングで吸収する省エネルギーシステムの開発、というコンセプトの実証ができたためである。一方で、研究課題期間中での研究代表者の異動があり、論文誌投稿など研究課題の遂行に遅れが生じたため、残り1年間を延長してさらなる追加実験や研究課題のブラッシュアップを行う。
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Strategy for Future Research Activity |
前述の通り、延長された期間を用いて、研究課題の追加実験や研究課題のブラッシュアップを行う。具体的には、主に「研究実績の概要」で示した(1), (3)の論文誌投稿に関する経費出費を行う予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(7 results)