2021 Fiscal Year Annual Research 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
| Project/Area Number |
19K11888
|
|---|
| Research Institution | Chukyo University |
|---|
Principal Investigator |
鬼頭 信貴 中京大学, 工学部, 准教授 (90630997)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 超伝導ディジタル回路 / パルス論理 / RSFQ回路 / テクノロジマッピング / 設計自動化 |
|---|
| 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。本研究では、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してクロック入力が必要なゲート数を削減する論理合成手法をさまざま提案した。最終年度では、本研究の締めくくりとしてCMOS回路向けの設計自動化手法と親和性の高い、論理設計自動化におけるテクノロジマッピング手法を提案し、論文として成果を公表した。提案手法をCMOS回路向けの設計自動化ツールabcに実装し、RSFQ回路特有のパルス合流素子を活用した回路の自動設計が可能となった。
また、電圧パルスを用いる性質を活用した回路設計を検討する中で、0,1のビットストリームを用いて計算をおこなうStochastic Computing でこの性質を活用することを試みた。成果の一つとして、ニューラルネットワーク処理向きの、演算精度を変更可能なRSFQ行列積演算回路がある。この回路での乗算は確定的な切断乗算と等価な動作であるほか、要求精度に応じて演算精度を変更できる。低精度での計算時には高いスループットが得られる。最終年度では、多項式演算回路の設計手法を提案した。この手法では、Stochastic Computing での演算精度低下につながるビットストリーム間の相関の削減に、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。
|
