2019 Fiscal Year Annual Research Report
多値伝送技術を駆使したデバイスを活かす配線主体の集積回路システム設計理論の実証
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18H01488
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
弓仲 康史 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (30272272)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高速インタフェース / 多値情報処理 / 高速信号伝送 / 等化回路 / 情報通信工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、極限微細化VLSIシステムやデータセンター等における通信容量の急速な増加に伴い、信号伝送レートの高速化の要求が高まっている。しかしながら、トランジスタデバイスの微細化による高速化の一方で、伝送データ量増大に伴う配線の激増および帯域制限に起因する伝送波形の劣化によるデータ速度制限がシステム全体の性能を律速する問題が顕在化している。これに対し本研究では、携帯電話等の無線通信で用いられている高度な符号化・信号処理技術を集積回路システムの有線データ伝送の高性能化に適用することにより、高速高効率信号伝送を可能とする配線主体のVLSIシステムの設計理論とその実証から回路実装・評価に至る技術体系の構築を目的とする。
今年度は特に、次世代400Gイーサーネットの高速データ通信規格で採用された４値符号化に基づき、データ送受信回路にAD/DA変換回路を融合させた、デバイスを活かす新概念の高速信号伝送システム設計理論の構築を目的とし、「４信号特有の波形等化技術の検討とその評価」ならびに「受信信号のアイパターンに基づく波形等化回路のパラメータの動的調整技術」の検討を行った。
これにより、ディジタルリッチな柔軟かつ高機能な波形等化回路の設計指針の構築および等化回路のパラメータ自動調整を目的としたアイパターン評価手法が４値信号伝送の波形整形技術に有効であることを明らかにした。
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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
今年度は以下のような研究成果を得ると共に、論文２件の採択ならびに本分野において最も権威のあるIEEEの国際会議であるISMVL(多値論理国際シンポジウム)での発表および次年度も採択されるなど、計画通りの進捗状況となっている
[1] ４値信号特有の波形等化技術の検討とその評価：４値信号は従来の２値信号と比較し、同じデータ量を低速にデータ伝送可能となる。しかしながら、２値信号と比較し符号の遷移パターンが複雑なため、４値信号特有の波形等化および受信波形評価技術が必要となる。これに対し、立ち上がり、立下りエッジを強調する新たな送信イコライズ手法であるFractionally-Spaced FeedForward Equalizer(FSFFE)を用いた波形等化回路の新回路構成を提案した。本手法は信号遷移のエッジの強調が可能であるため、４値信号の波形等化に特に有効であることを明らかにすると共に、提案したFSFFEの系統的パラメータ設定方法を検討した。
[2] 受信信号のアイパターン評価に基づく波形等化回路のパラメータの動的調整技術：高速化・複雑化する信号伝送においては、隣接する配線やコネクタ等の影響によって実装後の配線特性が変化するため、実装後の環境に合わせた波形整形回路のパラメータの動的調整が必要となる。従来、受信端にて伝送波形の歪みの影響をモニタリングするEye-opening monitor(EOM)を用いたパラメータ調整が用いられているが、４値信号のEOMは複雑となる。そこで本研究では、劣化した各シンボルがガウス分布することに着目すると共に、Modulo演算で４シンボルを折り返し、単一のガウス分布とし、分散を最小化することでアイ開口の最適化を実現する新規構成のEOM回路の検討を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も、符号化・信号処理技術に基づく４値信号伝送の要素技術の理論的考察とそのVLSIシステムへの適用に関する検討を行い、R１年度の成果に基づき、以下のような「４値信号の新規波形等化アルゴリズムの検討とそのシミュレーションによる評価および機械学習による受信波形品質評価」を継続する。
[1] ４値信号の新規波形等化アルゴリズムの検討とそのMATLAB-Simulinkによるシミュレーション評価：4値信号の立ち上がり、立下りエッジを強調可能な送信イコライズ技術であるFractionally-Spaced FeedForward Equalizer(FSFFE)を用いた波形等化回路に対し、R1年度にその系統的パラメータ設定方法を検討した。本年度は、FSFFEによる4値信号の波形整形効果の評価を目的とし、MATLAB-SimulinkおよびSerDes Toolboxを用いたシミュレーションを用い、アイパターンによる定量的評価を行う。さらに、フィードバックループを展開した投機的DFEの４値信号へ拡張すると共に、コンパレータ部分をFlash ADCと共有させる回路構成を検討する。
[2] ４値信号波形等化と機械学習による受信波形品質評価の高速任意波形発生器による実測評価：上記で提案したFSFFEによる４値信号の波形等化技術の効果検証のため、高速任意波形発生器によりFFE波形をエミュレーションすると共に、実際の伝送路評価基板を用いた４値信号伝送の実測評価を行う。さらに、受信波形データを取得し、符号間干渉により劣化した４値シンボルを統計的手法と機械学習により分離する手法の実測データによる評価を行う。これにより、伝送路環境の変化に対し、動的に等化回路のパラメータ設定を実現可能とする手法への展開を図る。
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