2020 Fiscal Year Research-status Report
Efficient and Effective Power Analysis Techniques for Efficient SoC Design
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20K11736
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宮瀬 紘平 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (30452824)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | LSIテスト / 消費電力解析 / LSI設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、IoT技術のモバイル化が進み、電子機器に含まれるSoCの消費電力削減は必要不可欠である。本研究では、メモリを含む様々な機能を集積するSoC (System-on-a-Chip) の設計段階で、高速かつ高精度に消費電力を評価する技術の研究開発を実施している。一般的に、消費電力の評価は精度が高いと評価時間が長くなり高速化が重要となる。しかし、高速でも精度が低いと製造したSoCの消費電力が高くなる場合や発熱を引き起こすなどSoCの品質保証が困難となる。
本研究の目的は、SoC設計時に繰り返し使用される消費電力解析技術を高速化および高精度化することであり、SoCの設計期間短縮に貢献することを目的とする。2020年度は、論理回路部の論理情報を用いた信号値遷移確率と論理ゲートの位置情報を組合せた高消費電力エリア特定技術と、信号値確率のレイアウト上へのマッピング技術の研究開発を実施した。論理回路部の論理情報を用いた信号値遷移確率と論理ゲートの位置情報を組合せた高消費電力エリア特定技術では、遷移確率の計算対象の論理ゲート数を増やすことで、高消費電力エリアの特定精度が高まることが分かった。遷移確率の計算対象の論理ゲート数はある程度まで増やすと高消費電力エリアの特定精度は向上しなくなることも判明し、遷移確率を求めるゲートから入力側にゲートを3回か4回通過する範囲のゲートに対して計算することが適切であった。また、信号値遷移確率および消費電力解析結果を、レイアウト設計データを上方からの視点で見ているととみなすことができる2次元グラフ上に表示するスクリプト等を整備し、信号値遷移確率および消費電力解析結果を可視化し、消費電力の高くなるエリアの可視化が容易となった。
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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
2020年度の進捗状況はおおむね順調である。研究成果は、査読付き国際ワークショップ1件、および国内研究会2件で発表している。今年度の進捗状況と問題点を下記に述べる。
（2020年4月～9月）論理ゲートの位置情報を考慮した信号値確率計算による高消費電力エリア特定技術の研究開発：遷移確率計算対象の論理ゲート数を増やすことで、高消費電力エリアの特定精度が高まることが分かった。遷移確率の計算対象の論理ゲート数はある程度まで増やすと高消費電力エリアの特定精度は向上しなくなることも解明し、遷移確率を求めるゲートから入力側にゲートを3回か4回通過する範囲のゲート数で計算することが適切であった。現在実験可能な回路の中で大規模な3つの回路に対して実験を行っているが、3つのうちの1つの回路に関しては思うように高消費電力エリアを特定することができていない。提案手法を再度評価し、技術の実装方法を見直した結果、1つの回路のみ技術の実装時に特殊な別処理をする必要があることがわかったが、現状では問題解決には至っていない。
（2020年10月～2021年3月）信号値確率のレイアウト上へのマッピング：信号値遷移確率および消費電力解析結果を、レイアウト設計データを上方からの視点で見ているとみなすことができる2次元グラフ上に表示するスクリプト等を整備し、信号値遷移確率および消費電力解析結果を可視化し、消費電力の高くなるエリアの可視化が容易となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、本研究は、2020年度に未解決だった問題点、および研究課題を評価する手法の改善を含め下記のように進める。
（2021年4月～9月）信号値遷移確率計算による高消費電力エリア特定技術実装時の特殊処理に関する解析、および実装手法の改善：現在実験可能な回路の中で大規模な3つの回路に対して実験を行っているが、3つのうちの1つの回路に関しては思うように高消費電力エリアを特定することができていない。1つの回路のみ技術の実装時に特殊な別処理をする必要があることがわかっているため、別処理が必要な部分を、再度範囲を広げて解析する。問題点を分析した後に実装手法を改善し、現在問題となっている回路に対しても高消費電力エリアの特定を可能にする。
（2021年4月～9月）高消費電力エリア特定技術の評価手法の高速化：これまで消費電力解析に用いていた入力パターンはツールのライセンスの都合上、ランダムパターンでのみの解析が可能であった。シミュレーションに用いる入力パターンファイルを手動で修正することにより、任意のパターンを入力することが可能であると判明したが、現状では処理効率が悪く時間がかかる状態である。入力パターンファイルをさらに解析すれば自由に短時間で所望のパターンは得られるはずなので、解析を進め任意の入力パターンの設定処理を可能とする。
（2021年10月～2022年3月）メモリを含むSoCの設計および消費電力解析、メモリ位置と電源配線の強度を考慮した消費電力解析：メモリを含んだデザインを設計し、高消費電力エリア特定技術を適用する。その際、メモリの面積やその他の電源配線の影響を考慮する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染拡大防止のための在宅勤務および度重なる緊急事態宣言により、計算機を購入しても設定や定期的なメンテナンスが困難と考えられたため、2020年度の計算機購入を見送った。また国際会議等や研究会もほぼオンラインとなり旅費の使用が困難であった。勤務先のある福岡県は感染者が非常に多く状況を見ながらとなるが、ワクチン接種が広まり次第、計算機購入を進める予定である。旅費に関しても状況を見て利用を進める予定である。
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