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2023 Fiscal Year Annual Research Report

スピントロニクスベース高性能・省電力・高信頼IoTセンサノードの基盤研究開発

Research Project

Project/Area Number 21H03405
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

夏井 雅典  東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10402661)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 羽生 貴弘  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40192702)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords集積回路 / IoT / 不揮発ロジック / スピントロニクス / 高信頼化
Outline of Annual Research Achievements

本年度は,前年度までに研究を推進してきたIoTセンサノードの高性能化・省エネルギー化,高信頼化それぞれの達成を目的とした各要素技術について,そのシステム応用に向けた研究を推進した.
1.不要なエネルギー消費を徹底的に排除する細粒度パワーゲーティング(PG)技術:IoTセンサノードに想定される多様な動作環境の変化に応じて適切な電源供給の制御を可能とする動作環境適応型PGスイッチ制御技術に関して,AI技術等を活用することによる動作環境適応型自動制御技術の検討を行った.
2.多様な動作環境における安定動作を保証する高信頼要素回路技術:NV-LIM回路の省エネルギー性の本質である不揮発記憶機能を司るもっとも重要な要素回路である,不揮発フリップフロップ(NVFF)について,書込みエラー検出機能を活用することによるエネルギーの削減効果,および,IoTセンサノード向けマイコン・CPU等へ本NVFFを実装することによるシステムレベルの有効性に関する評価を行った.
3.高エネルギー効率な演算処理を可能とするIoTセンサノード向けアクセラレータ技術:センサノードにおいて多用される演算処理の高速化を目的としたアクセラレータ回路の構成方法について,前年度検討を行った回路構造の設計と評価を進めた.
以上の結果を通し,本研究が目標とする,「高いエネルギー効率による高性能・低消費電力動作を高信頼に達成可能なIoTセンサノード端末の実現とその社会実装に向けた基盤技術の構築」のための要素技術の高度化が推進されるとともに,最終年度となる次年度における研究課題の取りまとめの方向性が明確になった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

3つの要素技術について並行的かつ継続的に研究を進められているとともに,特にセンサノード向けアクセラレータ技術については国際会議や学術論文でも発表することが出来ていることから,順調に進展していると判断できる.

Strategy for Future Research Activity

これまで推進してきたIoTセンサノードの高性能化・省エネルギー化・高信頼化のための各要素技術の有効性に関する評価を行う.最終的には,上記項目を要素技術としたIoT向け不揮発プロセッサの構成と性能評価により,本研究課題の最終的な成果と将来的な課題を取りまとめる.

  • Research Products

    (11 results)

All 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Design of a nonvolatile-register-embedded RISC-V CPU with software-controlled data-retention and hardware-acceleration functions2023

    • Author(s)
      Natsui Masanori、Sakamoto Keisuke、Hanyu Takahiro
    • Journal Title

      Memories - Materials, Devices, Circuits and Systems

      Volume: 4 Pages: 100035~100035

    • DOI

      10.1016/j.memori.2023.100035

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Error-Sensitivity-Aware Write-Energy Optimization for an MTJ-Based Binarized Neural Network2023

    • Author(s)
      K. Asano, M. Natsui, and T. Hanyu
    • Organizer
      30th IEEE International Conference on Electronics Circuits and Systems (ICECS2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of Spintronics-Based Nonvolatile Hardware for AI Applications2023

    • Author(s)
      T. Hanyu, N. Onizawa, D. Suzuki, and M. Natsui
    • Organizer
      2023 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Challenge of a Low-Power FPGA-Based CNN Accelerator Based on Nonvolatile Logic-in-Memory Circuitry2023

    • Author(s)
      D. Suzuki, M. Natsui, A. Tamakoshi, Y. Takako, and T. Hanyu
    • Organizer
      2023 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Challenge of Energy-Efficient Edge-AI Accelerator Architecture Using Nonvolatile Logic2023

    • Author(s)
      M. Natsui, Y. Takako, A. Tamakoshi, and T. Hanyu
    • Organizer
      2023 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design of an Error-Tolerant Nonvolatile Register for Energy-Aware Intermittent Computing2023

    • Author(s)
      K. Sakai, M. Natsui, and T. Hanyu
    • Organizer
      The 66th IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High-Performance/Low-Area Power-Gating Switch Linear Array for Energy-Efficient LSIs with an Optimum Switch-Timing Control2023

    • Author(s)
      F. Zhong, M. Natsui, and T. Hanyu
    • Organizer
      2023 IEEE International Symposium on Circuits and Systems(ISCAS2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Write-Energy Reduction of MTJ-Based Quantized Neural-Network Hardware2023

    • Author(s)
      K. Asano, M. Natsui, and T. Hanyu
    • Organizer
      53th IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高位合成を用いた不揮発AIアクセラレータの高効率設計に関する基礎的研究2023

    • Author(s)
      渡邉颯音,夏井雅典,羽生貴弘
    • Organizer
      2023年度電気関係学会東北支部連合大会
  • [Presentation] 次世代IoT社会を拓く不揮発性ロジックLSI技術とその応用展開2023

    • Author(s)
      夏井雅典
    • Organizer
      第87回半導体・集積回路技術シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 不揮発性ロジックLSI技術に基づく次世代エッジコンピューティングの展望2023

    • Author(s)
      夏井雅典
    • Organizer
      集積回路研究会「メモリ技術と集積回路技術一般」
    • Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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