2020 Fiscal Year Annual Research Report
無端子チップの誘導結合通信によって構成される超小型変形可能計算機システムの実現
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19H04076
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
坂井 修一 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (50291290)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
入江 英嗣 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (50422407)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | チップレット / 誘導結合 / 無線給電 / ウェアラブルシステム / SiP / コンピュータシステム / エッジデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では小型なチップ同士を誘導結合によって無線で接続、連携させ、小型かつ変形可能な組み込みコンピュータシステムを実現する。繊維折り込み可能なコンピュータや配管に流せるコンピュータ、マイクロロボットに搭載可能なコンピュータといったアプリケーションを見据えたプロトタイプデモシステムの構築を目指す。本年度は主に、（1）コンピュータシステム設計、（2）無線給電手法の検討に取り組んだ。
コンピュータシステム設計に関して、前年度に設計・試作したテストチップの実測評価をおこなった。さらに、チップ間のネットワークアーキテクチャについて検討した。テストチップには誘導結合無線通信回路とRISC-V ISAに基づく小型なプロセッサコアを搭載している。このテストチップを分割された複数の基板上に実装することで、チップ間の無線通信特性やその通信距離に応じた変化、また、プロセッサコアの動作が無線通信特性に与える影響について調査をおこなった。実測評価の結果、分割された複数チップ間で1.6 Gb/sの高速シリアル通信が達成可能であること、また、プロセッサコア動作に応じたビット誤り率の変化は軽微であることが示された。ネットワークアーキテクチャに関しては、提案システムにおけるチップ間のデータ衝突検知手法、複数チップ間のルーティング経路決定手法を策定しまとめた。
また、各チップへの外部からの無線給電手法についても検討を進めた。CMOSプロセスの内部配線を利用したオンチップコイルの特性について電磁界シミュレーションによる評価をおこなった。また、整流回路に関しても回路シミュレーションによってその性能や消費電力を評価し、複数の回路アーキテクチャを比較検討することで適切なものを決定した。加えて、次年度以降の評価に向け、こうした給電システムと誘導結合無線通信回路、プロセッサコアを混載したテストチップの設計開発をおこなった。
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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
研究開始時の当該年度における主な目標は、コンピュータシステムの複数チップへの分割方法とチップ間ネットワークのアーキテクチャを策定すること、提案システムにおける各チップへの無線給電手法の検討を始めることの2点であった。
当該年度はコンピュータシステム設計について、実際に製造したテストチップを利用して複数基板への分割実装をおこない、分割して実装された複数チップ間の通信性能や、システム全体の消費電力の評価をおこなうことができた。
無線給電手法についても、オンチップコイルを利用した無線給電手法について検討し、テストチップに向けた給電用コイル、回路の設計開発を進めることができた。また、オンチップコイル・無線給電回路と無線通信回路やプロセッサコアを混載したテストチップの設計試作についても完了した。
研究計画通りに検討が進み、複数のテストチップを試作できたこと、評価結果を複数の国際会議発表論文としてまとめ発表できたことから、期待通り研究が進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度に残された課題は、（1）無線給電手法の検討、（2）変形可能パッケージ検討、（3）実証アプリケーションシステムの開発である。本年度の検討結果も踏まえ、適切な無線給電手法や、無線通信回路、プロセッサコアとの干渉の有無について調査を進める。また、チップを保護しつつ自由な形状変形を担保するパッケージング手法について検討する。あるいは、これまでに検討してきた個別要素を統合したPOCデモシステムの設計開発をおこなうことが次年度の目標である。
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Research Products
(5 results)
