Development of a novel CAD technique considering timing characteristics and computational importance of approximate computing circuits

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K19767
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 60040:Computer system-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Yutaka Masuda 名古屋大学, 情報学研究科, 准教授 (60845527)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 近似コンピューティング / CAD / 計算重要度

Outline of Final Research Achievements

In this work, we developed computer-aided design (CAD) techniques for approximate computing (AC) circuits. The objective is to enhance the performance of AC circuits while satisfying the constraints of computational quality. In this research, we have worked on the development of (a) performance evaluation techniques, (b) timing optimization techniques, and (c) verification and testing techniques. In (a), we developed an importance evaluation technology using Fault Injection (FI). In (b), we focused on voltage over-scaling (VOS) and proposed timing optimization techniques for the VOS circuit. In (c), we proposed a technique that verifies test patterns violating quality constraints. The proposed approach embeds a Design Under Test (DUT) mechanism in the hardware description language and investigates the test patterns violating the constraint with fuzzing.

Free Research Field

集積回路の低消費電力設計、高信頼設計、検証

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近似コンピューティング(AC)では「どの計算にどのように近似を導入するべきか？」という問題を慎重に決定する必要がある。しかし従来のCAD技術ではすべての計算を正確に実行することを前提としており、AC 回路の設計検証への利用に課題が存在した。本研究で開発したCAD技術は、計算の重要度を新たな指標として取り入れることで、「重要な計算を正確に実行しているか」という点を定量的に評価しつつ、AC回路の消費電力、回路面積、性能の向上に貢献する。AC回路の設計検証基盤を確立することにより、ACと親和性の高いアプリ（機械学習や IoTなど）の実用化を促進できるため、本成果の社会への還元効果も十分に期待できる。