2022 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 – 2024-03-31
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| Keywords | LSIテスト / LSI設計 / 消費電力解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、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解析する技術の研究開発を実施している。一般的に、精度の高い消費電力解析は処理時間が長くなり高速化が重要となる。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ため、精度と処理時間のバランスが重要となる。
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。2021年度は、論理ゲート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の改善と、高消費電力エリア特定技術の評価に取り組んだ。
2020年度の研究では、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において、遷移確率の計算対象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。2021年度は、どの程度の論理ゲート数を信号値遷移確率で対象とすると良いかを、効果と効率の観点で評価した。
2022年度は、論理ゲートの接続情報を用いた信号値遷移確率の評価を実施した。EXORは出力の信号値遷移確率が最も高いゲートであるが、他の論理ゲートを用いてEXORと同じ論理動作を実現することができ、その出力ゲートはEXORと同じ論理関数であるため信号値遷移確率も高い。EXORを他のゲートを実現する場合、必ず分岐再収斂が構成させることに着目し、逆に分岐再収斂の収斂先ゲートの出力の信号値遷移確率が高くなる可能性があると考えた。現在、分岐再収斂の収斂先ゲートの出力の信号値遷移確率が高い傾向にあることが判明しているが、全ての収斂先ゲートの出力の信号値遷移確率が高いわけではない。
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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
2022年度の進捗状況はおおむね順調である。ただし、COVID-19により2020年から2022年に執行する予定であった旅費を利用することができず、1年延長の申請をしている（承認済）。研究成果は、査読付き国際会議1件、および国内研究会1件で発表しており、現在までの進捗状況を下記に述べる。
（2022年4月～10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の改善：昨年度までにおいて実験で使用している3つの回路のうちの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かった。2022年度は、信号値遷移確率が高くなるEXORゲートの論理と類似した論理をもつ部分回路が信号値遷移確率に影響を及ぼしていることが判明した。具体的には、分岐再収斂の収斂ゲートの出力の信号値遷移確率が高い傾向にあることがわかった。今後は分岐再収斂情報を従来の消費電力解析手法に組み込む予定である。
（2022年4月～8月）国際会議での研究発表：2021年度までの成果を2022年度4月中にまとめ、IEEE International Test Conference in Asia 2022で大学院の学生がオンライン発表し、世界の技術者からの質疑に答えた。
（2022年10月～2023年3月）異なるテストパターンによる高消費電力エリアの評価：2021年度ではランダムパターン入力を用いた消費電力解析を実施していたが、2022年中に異なるテストパターンによる消費電力解析フローを確立し、様々なテストパターンによる評価実験を実施することが可能となった。国内研究会でその成果を発表している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、本研究は、2022年度に論文発表をするまでには成果が届かなかった、回路内部論理ゲートの分岐再収斂情報を利用した消費電力解析技術の改善や、分岐再収斂に関わる論理関数の解析を中心に進め、成果を論文発表する予定である。
（2023年4月～10月）分岐再収斂情報を利用した高消費電力エリア特定技術の改善：前年度の研究成果により分岐再収斂の収斂先ゲートの出力の信号値遷移確率が高くなる場合があることがわかった。しかし、常に高いわけではなく、信号値遷移確率が高くなるゲートを正確に特定できることが、回路中の高消費電力エリアを特定する上で重要となる。本研究では、分岐再収斂に含まれるゲート数や、否定論理の数、および部分的に論理関数を解析することで、信号値遷移確率が高くなるゲートを特定する。特に大規模回路全体の論理関数を消費電力増加に直接関係する回路内部の論理動作も含めて解析することは非常に困難であるが、部分回路に分割することで論理関数解析の容易性を向上させる。
（2023年9月～2024年1月）既存の高消費電力エリア特定技術は、信号線の信号値遷移確率のみに基づいており、分岐再収斂情報を組み込めていない。2023年度前半に研究を実施する論理関数の解析情報も含めて、高消費電力エリア特定技術の正確性を向上させる。また、これまでに開発した技術と2023年度に開発した技術を全て統合し、様々な回路に対応できる高消費電力エリア特定技術を確立する。
（2023年8月～2024年3月）成果の発表：本研究課題における成果を、国内研究会2件程度、査読付きワークショップ1件程度、査読付き国際会議1件程度で研究発表する。
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| Causes of Carryover |
2020年から2022年に予定していた旅費の執行がCOVID-19により困難であったため。
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