Studies on Design of Reliable Asynchronous Circuits for Transient Fault Tolerance in the Field

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K15961
• Research Institution: Hiroshima City University
• Principal Investigator: 岩垣 剛 広島市立大学, 情報科学研究科, 助教 (00397845)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 非同期式回路 / 高位合成 / 一時故障 / ソフトエラー / 劣化故障 / 遅延故障 / 耐故障設計

Outline of Annual Research Achievements

現在主流のクロック信号を用いた同期式回路で様々な問題が顕在化している．本研究では，それらの問題を根本から解決するものとして，ハンドシェイク信号を用いた非同期式回路に着目し，回路出荷後のフィールドでの信頼性向上を重視した非同期式回路の設計法を探究している．具体的には，フィールドでの信頼性を低下させる原因として，放射線衝突等による一時故障や劣化故障（回路の経年劣化等によって遅延が増大する故障）を取り上げ，それらに対する耐性を高めるための高位合成法を議論している．

最終年度は，非同期式回路の一時故障への耐性を高める手段として，ビット系列中の1の存在確率で数値を表現するストカスティックコンピューティング（SC）に着目し，同期式回路で実現されたSCの基本演算（乗算等）を非同期化する方法を検討した．SCは重みのないビット系列で数値を表現するため，一時故障によるビット反転に耐性があり，かつ，小面積で回路を実現できるという利点を持つ．非同期式回路設計の枠組みにSCを取り入れることで，回路の非同期化に伴う面積増加が発生し得るが，一時故障に対する耐性が高い回路を比較的小面積で実現できるようになると考える．現状では基本演算に対する考察だけに留まっており，今後，より複雑な演算を非同期式回路で実現するための議論が必要である．

また，研究期間全体を通じて実施した研究の主な成果は，（1）非同期式回路におけるハンドシェイク遅延（演算の開始と終了を制御するハンドシェイクに要する遅延）に着目した高位合成法，（2）非同期式回路の劣化故障耐性を高めるための高位合成法の2点である．これらの成果と上記のSCの議論を組み合わせて発展させることが今後の課題である．