A study on computer memory systems achieving drastic energy efficiency by controllably accepting bit-flip errors

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01108
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Hirofuchi Takahiro 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究チーム長 (20462864)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高野 了成 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (10509516) ; 今村 裕志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究チーム長 (30323091) ; 荒井 礼子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50431755)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: Error Permissive / 不揮発性メモリ / 磁気メモリ / MRAM / 計算機アーキテクチャ / システムソフトウェア / Approximate Computing / シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

In order to apply highly energy-efficient but less reliable memory devices to computer systems, we conducted cross-layer studies from theoretical error models of voltage-controlled magneto-resistive memory (MRAM) cells to computer architecture and system software. We developed a cross-layer memory simulator integrating a theoretical model of memory cell errors, conducted thorough analysis on error behaviors across the memory cell, hardware and software levels, and showed the design of computer systems controllably accepting bit-flip errors.

Free Research Field

計算機システム

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非常に低消費電力ながら信頼性が低いメモリデバイスを計算機に適用する手法を明らかにすることで、信頼性が高いメモリデバイスを前提としてきた既存の計算機技術では達成し得ない抜本的な計算機の省エネ化を実現することが可能になる。本研究において電圧駆動磁気メモリ（MRAM）を題材として計算機の構成手法を議論することで、将来の低消費電力計算機の実現に向けて端緒を開くことができた。