超伝導単一磁束量子回路向け新機軸算術演算回路とその設計自動化の探求
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22K11961
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60040:Computer system-related
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| Research Institution | Chukyo University |
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Principal Investigator |
鬼頭 信貴 中京大学, 工学部, 准教授 (90630997)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 単一磁束量子回路 / 算術演算回路 / 設計自動化 / 超伝導回路 |
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| Outline of Research at the Start |
半導体CMOS回路とは異なる新デバイスにより演算性能の向上を目指す動きが加速している。本研究は超高速かつ省エネルギな超伝導単一磁束量子(RSFQ)回路向きの算術演算回路開発とその設計自動化を目的とする。RSFQ回路の100GHz程度の高速性や論理ゲート入力が記憶素子として働く性質は、Stochastic演算などの新機軸の算術演算方式に有用である。本研究では、RSFQ回路の特徴を生かした深層学習等に向けた新機軸演算回路とそのような中小規模回路に向けたレイアウト設計自動化手法を探求する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は超高速かつ省エネルギな論理回路を設計可能なデバイスである超伝導単一磁束量子(RSFQ)回路を対象として、その性質を活用した新機軸の算術演算回路の開発と、RSFQ回路の自動設計手法の開発を目的とする。RSFQ回路が電圧パルスを用いる性質を新機軸の演算手法にくみあわせることでコンパクトかつ高性能な回路の実現を目指す。
本年度は以下の2点に関して研究を進めた。
1. 確率を用いて計算を行う手法であるストカスティックコンピューティングをRSFQ回路で実現するにあたり、計算クロックサイクル数を削減するための部分多重化手法を提案し、国際会議発表を行った。ストカスティックコンピューティングでは回路を小さく設計できるメリットがあるが、一方で演算サイクル数が大きくなる問題がある。超高速なRSFQ回路で半導体回路より一桁以上高いクロック周波数で動作させることで緩和できるが、さらに回路を多重化することで高速な演算手法とすることが期待できる。提案手法では多項式の計算回路を対象とし、多重化部分を論理ゲート一つで実現する。
2. RSFQ回路の論理合成における回路ステージ数を考慮したテクノロジマッピング手法を提案した。RSFQ回路では各論理ゲートはクロック信号に同期して動作する。半導体と同様のゼロスキュークロッキングを想定する場合、各論理ゲートはパイプラインステージとして動作する。このため、回路内の再収斂する経路では段数が揃うように記憶素子の挿入が必要になる。提案手法ではクロック信号なしで動作するクロックレスゲートを導入することで記憶素子の数・クロックトゲートの数を削減する。提案手法は査読付き学術論文として掲載された。
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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
RSFQ回路の特徴を生かした演算回路を考案し、それを国際会議論文としてまとめ上げることができた。また、以前より進めていたRSFQ回路向けの設計自動化アルゴリズムについて査読付き学術論文としてまとめ上げることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度取り組んだ部分多重化ストカスティックコンピューティング回路についてシステム全体の設計を考えるほか、現状では回路設計において経験的な手法に頼っている演算精度の見積もりなどに対して理論的検討を行い設計方法の最適化を考える。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
