| Project Area | Photonic Computing Highlighting Ultimate Nature of Light |
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| Project/Area Number |
22H05199
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (IV)
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
笠松 章史 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所小金井フロンティア研究センター, 研究センター長 (30296884)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 紳介 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所小金井フロンティア研究センター, 主任研究員 (30434038)
関根 かをり 明治大学, 理工学部, 専任教授 (40282834)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥182,520,000 (Direct Cost: ¥140,400,000、Indirect Cost: ¥42,120,000)
Fiscal Year 2025: ¥31,200,000 (Direct Cost: ¥24,000,000、Indirect Cost: ¥7,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥36,140,000 (Direct Cost: ¥27,800,000、Indirect Cost: ¥8,340,000)
Fiscal Year 2023: ¥35,490,000 (Direct Cost: ¥27,300,000、Indirect Cost: ¥8,190,000)
Fiscal Year 2022: ¥48,100,000 (Direct Cost: ¥37,000,000、Indirect Cost: ¥11,100,000)
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| Keywords | 集積回路 / 高速アナログ回路 / 光電融合 / アナログ / 光カオス / バンディット問題 / 光リザバー |
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| Outline of Research at the Start |
フォトニクス系のシステムはレーザーの高速駆動や広帯域性を活用した超高速の機能実現を可能とし、光カオスでの光の高帯域性の極限性能を活かし毎秒1000億個に達する高速意思決定の基本性能が示されるなどしている。一方、現在の情報処理の多くを担っているマイクロプロセッサ等は集積電子デバイス技術を中心としたエレクトロニクスを基礎としているが、フォトニクスとエレクトロニクスのインターフェースや連携については充分に研究開発が進んでいるとはいえない。本研究では、高速アナログ信号処理技術を展開し、フォトニクスとエレクトロニクスをボトルネックなく接合する革新的新技術の開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
光カオスを用いた高速意思決定システムへの高速電子回路の適用について、選択回路と短パルス発生回路を組み合わせた処理系全体を１つの集積回路とすることを目指して、まずシステム全体をブレッドボード上で個別の電子回路によって組み上げ、電子回路全体の機能検証を実施し、アーキテクチャの妥当性を確認した。これと並行して、個別の回路ブロックの詳細な機能評価や性能の検証を進めている。一例として、比較回路において、入力カオス信号がしきい値電圧とほぼ同じ値の付近の場合に出力が不定になる現象や、実際の回路に寄生的なキャパシタやインダクタによって動作遅延の影響が生じることが分かっており、それらがシステム全体に及ぼす影響を検証した。この他にも、履歴回路に入力する短パルス波形の形状や、履歴回路の非線形性がシステムに与える影響等についても、回路シミュレータ（SPICE）とシステムシミュレータ（MATLAB）を組み合わせたシミュレーション環境を構築して検証し、いずれもアナログシステムのロバスト性が確認された。
光リザバーと積和演算集積回路の融合について、ギルバートセル型のアナログ積和演算回路を65nmルール集積回路で設計し、入出力特性をシミュレーションした。アナログ回路がもつ非線形性や、積の重み係数の量子化誤差などがシステム動作に及ぼす影響について数値計算によって解析した。理想値と比較してある程度の違いはみられるものの、システムの機能としては問題ない程度であることを確認した。
光カオスを用いた高速乱数生成への集積回路の適用については、XOR回路やサンプリング回路を集積回路について、アナログ特性を考慮して最適設計した回路を65nmルールで設計してTSMC社で試作し、各機能ブロックの動作検証を行いながら、性能確認を実施している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
高速アナログ信号処理及び超高周波通信のために開発してきた300GHz動作可能な超高速アナログ回路技術を応用展開し、アナログ回路の不確定性、非線形性を積極活用して、光コンピューティングにおける光電融合の課題の解決方法を探るための研究開発は順調かつ有意義に遂行できている。
光リザバーと積和演算集積回路の融合について、シリコンフォトニクスとバイポーラトランジスタを混載した製造技術の活用を検討していたが、インターフェース上の仕様に不十分な点があることが判明し、用いる製造技術の見直しを進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
光カオスを用いた高速意思決定システムへの高速電子回路の適用については、システム全体の集積回路設計を進め、集積回路の試作が完了次第、性能等を検証する予定である。
光リザバーと積和演算集積回路の融合については、シリコンフォトニクスチップと積和演算集積回路を接続し、波形再現処理等のシステム検証を実施していく。
光カオスを用いた高速乱数生成への集積回路の適用については、引き続き各回路の最適設計をブラッシュアップして性能検証を実施する予定である。
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