2020 Fiscal Year Research-status Report
超伝導ディジタル回路デバイスのためのパルス論理を活用した論理設計手法の探求
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19K11888
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| Research Institution | Chukyo University |
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Principal Investigator |
鬼頭 信貴 中京大学, 工学部, 講師 (90630997)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 単一磁束量子回路 / 論理設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は超高速かつ省エネルギな超伝導単一磁束量子(RSFQ)回路のための論理回路の自動設計手法の開発を目的とする。RSFQ回路が電圧パルスを用いる性質を論理設計に積極的に用いることでコンパクトな回路の実現を目指す。
3年計画の2年目にあたる本年度は以下の研究を進めた。
1. 前年度より研究を進めていた、CMOS回路向けネットリストをRSFQ回路向けにクロック入力を必要とするゲート数が少なくなるよう変換する手法に関して、評価実験を充実させ査読付き学術論文として発表した。RSFQ回路では基本的な論理ゲートそれぞれにクロック入力が必要であり、その配線に大きな面積を要する。提案手法では、パルスの到着タイミングの工夫によりリセット付きフリップフロップ素子をNIMPLYゲートとして使用できること、特定の条件下においてパルス合流素子によりOR演算が可能であることを利用する。論理ゲートをこれらの素子に置き換えることでクロック配線を削減する。
2. 近年注目を集めているニューラルネットワークの処理で必要となる行列積演算に着目し、演算精度を変更可能なRSFQ行列積演算回路を提案した。提案回路ではアプリケーションで求められる精度に応じて演算精度を変更できる。そして、低精度での計算時には高いスループットが得られる。RSFQ回路がパルスを用いて計算を行う性質を積極的に活用することで提案乗算器がコンパクトに実現できることを示した。
3. RSFQ回路がパルスを用いて計算する性質を、0,1のビットストリームを用いて計算をおこなうStochastic Computing へ活用することを検討した。演算精度の低下につながるビットストリーム間の相関を削減する方法として、RSFQ回路の各論理ゲートの入力がラッチ機能を持つことを活用する手法を提案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究課題の目標であるパルス到着タイミングを工夫することでRSFQ回路をコンパクトに構成する手法の提案に関し、1つの手法を査読付き学術論文として公表できた。また、パルス論理を生かした演算回路設計に関して国際会議で発表できた。このことから多くの成果が得られている。
しかし、新型コロナウィルスの影響により研究計画策定時には想定されていない業務が生じており、検討予定であったレイアウト設計の自動化などで計画からの遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度より取り組んいるパルスの合流素子などの特別なゲートを用いてRSFQ論理回路をコンパクトに実現する手法について、手法の洗練を目指す。また、特別なゲートを含むRSFQ論理回路を自動でレイアウトするレイアウト自動化手法を検討する。
パルス論理の性質を活用する演算回路設計に関しても、Stochastic Computingなどの近似計算手法を取り入れ新たな構成手法を考案する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響により旅費の利用計画に大きな変更が生じ、次年度使用が生じた。
国際会議へのオンライン参加が可能になったことにより参加可能な国際会議が増えたため、国際会議の参加費へと使用する。また、学会や国際会議が現地開催可能となった場合には学会や国際会議への旅費や参加費へと使用する。
このほか、研究に協力する大学院学生が在宅でも研究が進められるよう、機器を整備するために使用する。
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