2002 Fiscal Year Annual Research Report
単一磁束量子論理回路を用いた新機能単一量子集積システムの研究
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12450144
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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, 助教授 (70202398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金田 久善 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助手 (30242382)
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| Keywords | 単一磁束量子 / SFQ / 超伝導集積回路 / Josephson素子 / BDD / 二分決定グラフ / セルベース設計法 / マイクロプロセッサ |
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| Research Abstract |
超伝導回路中の単一磁束量子を情報担体とする単一磁束量子論理回路は、演算の高速性、低消費電力性の面で半導体論理回路を大きく上回る性能を有し、次世代の高速高密度集積回路の基礎技術として注目されている。また、これらの単一磁束量子が持つ量子的側面は、従来のブール関数を基礎とする論理回路と異なり、量子を演算の基本とする新奇論理回路を生み出す可能性を秘めている。
本研究では、非ブーリアン系の論理表現である二分決定グラフ(BDD)を利用した単一磁束量子論理回路の構成方法について検討を行い、単一量子集積システムの実現を目指した。
本年度は、これまでに確立した単一磁束量子論理回路の設計技術を基礎として、マイクロプロセッサプロトタイプの設計と試作を行つた。設計したマイクロプロセッサは、ビットシリアルアーキテクチャに基づく8ビットマイクロプロセッサで、7つの命令、32バイトのメモリ空間を有し、クロック周波数16GHzで動作する。これらのマイクロプロセッサをこれまでに開発したBDDを利用したトップダウン設計環境を用いて設計し、ロジックシミュレーションによりシステムの正常動作を確認した。また、レジスタファイル、プログラムカウンタ、コントローラ等のマイクロプロセッサコンポーネントを試作し、16GHzでの動作実証を行うことに成功した。現在は、それらを統合したマイクロプロセッサシステムの動作検証を行っている。以上の研究により、単一磁束量子論理回路を利用した大規模集積システムの実現が可能であることを明らかにした。
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[Publications] N.Yoshikawa, F.Matsuzaki, N.Nakajima, K.Yoda: "Design and Component Test of a 1-bit RSFQ Microprocessor"Physica C. 378-381. 1454-1460 (2002)
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[Publications] K.Fujiwara, H.Hoshina, J.Koshiyama, N.Yoshikawa: "Design and Component Test of RSFQ Packet Decoders for Shift Register Memories"Physica C. 378-381. 1475-1480 (2002)
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[Publications] N.Yoshikawa, K.Yoda, H.Hoshina, K.Kawasaki, K.Fujiwara, F.Matsuzaki, N.Nakajima: "Cell Based Design Methodology for BDD SFQ Logic Circuits : a High Speed Test and Feasibility for Large Scale Circuit Applications"IEEE Trans. Appl. Superconductivity. (to be published). (2003)
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[Publications] K.Fujiwara, H.Hoshina, Y.Yamashiro, N.Yoshikawa: "Design and Component Test of SFQ Shift Register Memories"IEEE Trans. Appl. Superconductivity. (to be published). (2003)
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[Publications] Y.J.Feng, X.Meng, S.R.Whiteley, T.Van Duzer, K.Fujiwara, H.Miyakawa: "Josephson-CMOS hybrid memory with ultra-high-speed interface circuit"IEEE Trans. Appl. Superconductivity. (to be published). (2003)
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[Publications] N.Yoshikawa, F.Matsuzaki, N.Nakajima, K.Fujiwara, K.Yoda, K.: "Design and Component Test of a Tiny Processor based on the SFQ Technology"IEEE Trans. Appl. Superconductivity. (to be published). (2003)
