Hi-Level Synthesis for Stochastic Computing Circuit

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K11882
• Research Institution: Hiroshima City University
• Principal Investigator: 市原 英行 広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (50326427)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: Stochastic Computing / Approximate Computing / 計算機システム / Dependable Computing / LSI CAD

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，ストカスティックコンピューティングを実現した論理回路（SC回路）のための高位合成手法を提案し，SC回路の計算機支援設計環境を構築することを目的としており，４つのサブテーマ（P1~P4）からなる．本年度は主に，「最適パラメータ探索アルゴリズムの提案（P2）」と「既存の設計環境・資産とのインターフェスの提案（P4）」に対して研究を行った．
（P2）に対して，線形FSMを用いたSC回路（LFSM-SC）のパラーメータの1つである並列度に着目し，並列設計された線形FSMの低面積設計手法の開発に取り組んだ．線形FSMの並列化は演算時間を短縮できるという魅力があるが，回路面積が極端に増加してしまうことと，ストカスティックコンピューティングの性質により演算時間の短縮が演算精度を下げてしまう問題がある．開発中の手法はアルゴリズムの見直しと構成要素の設計を見直すことで，演算精度を維持したまま，面積を削減できる手法である．本年度は計算機を用いた回路シミュレーションにより，その効果を概ね確認している．成果の発表は2023年度に行う予定である．
また，（P4）については，これまでに構築したMPI等を用いたシミュレーション手法と，提案した等価状態を利用した高信頼LFSM-SC設計手法を組み込んだ，SC回路設計環境の構築に取り組んだ．これは，研究室で所持してる商用CADツール（Synopsys社のDesignCompilerなど）や内製のツールと連携することで，設計コストを削減し，回路面積，回路遅延，消費電力，信頼度などを簡単に測定できることを目指している．設計環境は2023年末の完成を目指しているが，完成している一部の機能は（P2）の研究や他の研究（近似回路設計手法の研究）にも生かされている．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度見直した推進方策では，1年間の延長を前提に「既存の設計環境・資産とのインターフェスの提案（P4）」を予定していた．その観点からは，ある程度今年度の目標は達成できたと考えている．また，「最適パラメータ探索アルゴリズムの提案（P2）」についても，LFSM-SCの並列化に関して一定の進捗はあった．しかしながら，コロナ禍や学生数の不足により，十分に学会発表や論文誌投稿ができなかったことから，このように判断した．

Strategy for Future Research Activity

「最適パラメータ探索アルゴリズムの提案（P2）」に関する，並列設計された線形FMSの低面積設計手法のを完成させて，成果を外部に発表する．また，これまでの成果を統合し，「既存の設計環境・資産とのインターフェスの提案（P4）」を完成させることで，SC回路の計算機支援設計環境の構築を行い，本テーマの完成を目指す．

Causes of Carryover

以下の2つの理由による．
1）コロナ禍で国際会議にかかる旅費が必要なかったため．
2）コロナ禍と学生数減により，学生による実験補助に必要な謝金の支出がなくなったため．
使用計画としては，旅費及び実験用機器の購入と学生謝金（実験補助）のために用いる予定である．