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Design-less system of Analog integrated circuits by learning skills of expert engineers

Research Project

Project/Area Number 17K00073
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Computer system
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

Takai Nobukazu  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (70318905)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords演算増幅器 / コンパレータ / Q学習 / ニューラルネットワーク / 自動設計 / アナログ集積回路設計 / 深層学習 / コンパレータ回路 / 機械学習 / アナログ集積回路 / ンパレータ回路
Outline of Final Research Achievements

Our research focuses on the automatic design of analog integrated circuits, which are an important element of the Society 5.0, by computer.
In order to learn the intuition of skilled circuit designers, a method using neural networks has been proposed. The system learns an operational amplifier, one of the basic circuits of analog integrated circuits, and can instantly design a circuit that satisfies 13 specifications. This is the world's first method that can automatically design circuits that meet as many as 13 different specifications simultaneously, and we have applied for a domestic patent.
We also have proposed a method that enables the computer to design circuits autonomously by combining it with Q-learning, and confirmed that the performance was improved by up to four times. This method is also the first of its kind in the world, and a domestic patent has been applied for.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アナログ集積回路の自動設計には多くの手法が存在するが、いずれも単純な回路構造に限定されており、アナログ集積回路の自動設計の実現の難しさを示している。多くの仕様を同時に満たす回路の自動設計の実現は世界初となり、学術的意義は大きい。
アナログ集積回路の設計レス環境の実現により、電子機器の市場への早期投入や高騰している設計・製造コストの削減など、産業界への波及効果が期待できる。さらに、電子機器設計を容易にし、多種多様な非半導体設計スペシャリストがアイデアで勝負する時代への変革のきっかけとなる。この変革により集積回路設計の裾野が広がり、様々な電子機器の設計が可能となる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Comparator Synthesis Using Distributed Genetic Algorithm and HSPICE Optimization2019

    • Author(s)
      N. Takai, K. Suzuki, Y. Sugawara
    • Journal Title

      Applied Mechanics and Materials

      Volume: 888 Pages: 17-28

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  • [Journal Article] 部分最適化を用いたコンパレータ回路の自動設計の高速化2018

    • Author(s)
      高井 伸和, 吉澤 慧, 鈴木 研人, 菅原 誉士紀
    • Journal Title

      電気学会 論文誌C(電子・情報・システム部門誌)

      Volume: 138 Pages: 5764-5764

    • NAID

      130006301501

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Automatic Design of Operational Amplifier Utilizing both Equation-Based Method and Genetic Algorithm2017

    • Author(s)
      K. Suzuki, N. Takai, Y. Sugawara, M. Kato
    • Journal Title

      IEICE Trans. on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      Volume: E100-A Pages: 27502757-27502757

    • NAID

      130006236525

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 幅広い所望特性に対する適切トポロジーの推論2020

    • Author(s)
      松場輝樹, 髙井 伸和, 齋藤彰寛, 今野哲史
    • Organizer
      電気学会 電子回路研究会
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  • [Presentation] 深層学習を用いた予測システムの構築による 電源制御用フィルタ設計の簡易化2020

    • Author(s)
      久保友助, 髙井伸和, 松場輝樹, 新井信吾, 永嶋宣彦, 山崎尊永, 下川宗一郎, 岩渕昭夫
    • Organizer
      第10回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] デジタル制御電源の制御器の自動設計及び実機評価2020

    • Author(s)
      永嶋宣彦, 髙井伸和, 新井信吾, 久保友助, 岩渕照夫, 下川宗一郎, 竹本義孝, 山崎尊永
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      第10回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] Q学習での演算増幅器の素子値変化範囲の拡大と余剰データの収集2020

    • Author(s)
      中島望夢, 髙井伸和, 猿田将大
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      第10回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] 機械学習を用いた所望特性を満たす 回路トポロジーの選択及び素子値決定2020

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      齋藤 彰寛, 髙井 伸和, 松場 輝樹
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      第10回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] Self-improvement of OPAmp parameters using Q-Learning2019

    • Author(s)
      N. Takai, M. Fukuda, M. Saruta
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      International Conference on Synthesis Modeling Analysis and Simulation Methods and Applications to Circuit Design
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deep-Q-Networkを用いた素子値変更推論による高速・低消費電力コンパレータを実現する素子値決定2019

    • Author(s)
      猿田将大, 髙井 伸和, 今野哲史
    • Organizer
      電気学会 電子回路研究会
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  • [Presentation] Automatic design of decipherable OP-Amp topology2019

    • Author(s)
      Konno Satoshi, N. Takai
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      電気学会 電子・情報・システム部門大会
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  • [Presentation] Automatic design of higher-order transfer function of the control circuit of the step-down converter2019

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      S. Arai, N. Takai, Y. Kubo, A. Iwabuchi, S. Shimokawa, Y. Takemoto, T. Yamazaki
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      電気学会 電子・情報・システム部門大会
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  • [Presentation] Self improvement of comparator element value by Q-Learning in consideration of corner analysis2019

    • Author(s)
      S. Masahiro, N. Takai, K. Satosi
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      電気学会 電子・情報・システム部門大会
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  • [Presentation] 高速・低消費電力のコンパレータを実現するQ-Learningによる素子値の自己改良2019

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      猿田将大, 髙井 伸和, 今野哲史
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      電気学会 電子回路研究会
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  • [Presentation] 遺伝的アルゴリズムを用いた演算増幅器のトポロジー及び素子パラメータ決定2019

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      今野哲史, 髙井 伸和
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      電気学会 電子回路研究会
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  • [Presentation] 強化学習を用いた素子値探索による演算増幅器の性能向上2019

    • Author(s)
      猿田将大, 髙井 伸和, 福田雅史
    • Organizer
      電気学会 電子回路研究会
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  • [Presentation] Q-learningを用いた自己改良モデルによる演算増幅器の素子決定2019

    • Author(s)
      福田雅史, 髙井 伸和, 猿田将大
    • Organizer
      電気学会 電子回路研究会
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  • [Presentation] 遺伝的アルゴリズムによる ノードが接続可能な点を仮定した演算増幅器の自動設計2019

    • Author(s)
      今野哲史, 髙井 伸和
    • Organizer
      第9回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] Q-Learningを用いた演算増幅器の自律成長による回路特性の向上2019

    • Author(s)
      猿田 将大, 髙井 伸和, 福田 雅史
    • Organizer
      第9回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] 優良な電源特性を有する制御器伝達関数の自動設計2019

    • Author(s)
      新井 信吾, 髙井 伸和, 久保 友助, 岩渕 照夫, 下川 宗一郎, 竹本 義孝, 山崎 尊永
    • Organizer
      第9回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] 演算増幅器設計における深層学習の活用2018

    • Author(s)
      髙井 伸和
    • Organizer
      平成30年度 電気学会 電子・情報・システム部門大会
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  • [Presentation] 深層学習を用いた最適アナログ回路トポロジーの推論2018

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      松場 輝樹, 髙井 伸和, 福田 雅史, 久保 友助
    • Organizer
      電気学会 電子回路研究会
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  • [Presentation] Inference of Optimal Analog Circuit Topology Using Deep Learning2018

    • Author(s)
      T. Matsuba, N. Takai, M. Fukuda, Y. Kubo
    • Organizer
      IEEE International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Regression Analysis of Transfer Function of an Analog Filter from Circuit Characteristics Using Deep Learning2018

    • Author(s)
      Y. Kubo, N. Takai, M. Fukuda, T. Matsuba, T. Yamazaki, S. Shimokawa, A. Iwabuchi
    • Organizer
      9th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 深層学習を用いたアナログ集積回路設計のための幅広い要求仕様に応える学習データ作成2018

    • Author(s)
      松場 輝樹, 高井 伸和, 福田 雅史, 久保 友助
    • Organizer
      第8回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] 深層学習を用いた回路特性によるアナログフィルタ伝達関数の回帰分析2018

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      久保 友助, 高井 伸和, 福田 雅史, 松場 輝樹, 山崎 尊永, 下川 宗一郎, 竹本 義孝, 岩渕 昭夫
    • Organizer
      第8回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] 再帰的データベース構築によるアナログ電子回路の自動設計2018

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      大河内 一登, 高井 伸和, 吉澤 慧, 石井 司
    • Organizer
      第8回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合同研究発表会
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  • [Presentation] OPAMP Sizing by Inference of Element Values Using Deep Learning2017

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      M. Fukuda, N. Takai
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      IEEE International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems 2017
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Automatic Design of The Analog Integrated Circuit Based On Equation-Based and Characterize Results2017

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      T. Ishii, N. Takai
    • Organizer
      IEEE International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems 2017
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Prediction of Element Values of OPAmp for Required Specifications Utilizing Deep Learning2017

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      N. Takai, M. Fukuda
    • Organizer
      IEEE International Symposium on Electronics and Smart Devices 2017
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  • [Presentation] 深層学習を用いた演算増幅器の性能と素子値の関係の推論2017

    • Author(s)
      高井 伸和
    • Organizer
      CDNLive Japan 2017
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    • Invited
  • [Presentation] 深層学習を用いたアナログ集積回路の推論設計2017

    • Author(s)
      高井 伸和
    • Organizer
      第21回アナログVLSIシンポジウム
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    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 素子値推論方法、素子値推論装置、及び、素子値推論プログラム2019

    • Inventor(s)
      髙井 伸和, 福田 雅史, 猿田 将大
    • Industrial Property Rights Holder
      髙井 伸和, 福田 雅史, 猿田 将大
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-089493
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 回路設計装置、回路設計方法及びプログラム2019

    • Inventor(s)
      髙井 伸和, 福田 雅史, 猿田 将大
    • Industrial Property Rights Holder
      髙井 伸和, 福田 雅史, 猿田 将大
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-086858
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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