2019 Fiscal Year Annual Research Report
A short haul interconnect on 3DICs for neuromorphic computing and deep learning application
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17K00090
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
吉河 武文 富山県立大学, 工学部, 教授 (60636702)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
室賀 翔 秋田大学, 理工学研究科, 特任講師 (60633378)
池田 博明 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 客員教授 (50530200)
上口 光 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (30536925)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 伝送線路 / 低消費電力 / 電荷再利用 / TSV |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、三次元実装された高密度なLSIチップ間において、その積層方向に延伸するThrough Silicon Via(TSV)を介して近距離有線通信を行う場合に、当該通信に要する消費電力をいきおい低減させる伝送方式を提案し三次元実装の重要課題の一つである発熱問題を緩和しようとするものである。併せて、当該方式による消費電力の低減効果を設計段階で見積もれるようにして、三次元実装における設計基盤の確立を目指している。
最終年度である平成31年度は、昨年度に考案した電荷再利用型の伝送方式について、数式的なアプローチを体系化するとともに、実際に半導体チップを設計試作した。具体的には、①電荷再利用が可能なデータバス構成における電荷再利用率を確率的なアプローチにより導出可能とするとともに、電荷再利用率とデータバス幅との関係を明らかにして、電荷再利用率をバス幅の関数として数式化した。②TSVの試作は費用的に不可能なため、65nmのCMOSプロセスにおける横方向のメタル配線によりTSVを模してデータバスを構成し、提案の伝送方式を用いた試作チップを設計試作した。これらの取り組みにより、①において導出した電荷再利用率に関する数式は、実際のシミュレーション値と非常に高い相関がみられて、設計前段階での仕様決定に非常に有効であることが確認された。すなわち、提案する電荷再利用型のデータバスにおいては、データバス幅が広くなるほど、電荷再利用率が良化して、データ伝送における電力効率が良化する。ただし、その良化度合はバス幅が広くなるにつれて鈍化していく。設計の難易度とデータ伝送システムにおけるデータ単位を勘案すると、32～64ビットバスが適切であることを示唆した。また、伝送線路のモデル化やノイズ低減についても、磁気素材を用いた伝送線路の設計パラメータの決定方法やノイズ低減効果の見積について提案を行った。
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