Study on design methods for superconducting digital circuit devices utilizing pulse logic

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K11888
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60040:Computer system-related
• Research Institution: Chukyo University
• Principal Investigator: Kito Nobutaka 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 / 単一磁束量子回路 / テクノロジマッピング / 設計自動化

Outline of Final Research Achievements

We have developed automatic design methods for ultrafast and energy-saving superconducting rapid single flux quantum (RSFQ) circuits. We aimed to realize a compact circuit by utilizing RSFQ circuits' property, i.e., pulse logic utilizing voltage pulses.
Each ordinary logic gate of RSFQ circuits has a clock input terminal. The distribution of the clock signal occupies a large circuit area. A unique gate specific to RSFQ circuits that merges voltage pulses of its inputs can realize logic-OR without a clock signal in a specific situation. We have proposed several methods to reduce the number of clocked gates utilizing the unique gate.
In addition to the design methods, we proposed arithmetic circuits suitable for pulse-logic to explore the design style of RSFQ logic circuits.

Free Research Field

計算機システム

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで超伝導単一磁束量子(RSFQ)回路の論理設計自動化は散発的に研究されるだけであった。人手による設計ではRSFQ回路特有の素子を活用しコンパクトな回路を設計するが、本研究課題の開始時点では論理設計自動化に導入する方法は明らかでなく、活用できなかった。
本研究課題によりCB(confluence buffer)素子等のRSFQ回路の特有の素子を論理回路の自動設計で活用可能になった。また、今後に向けての研究課題の整理が進んだ。本課題進行中にも国内外の半導体の設計自動化の研究者が参入しており、超伝導ディジタル回路の設計自動化の研究分野としての確立に貢献した。