経年劣化の緩和と監視に基づく高信頼プロセッサの研究

• 研究課題/領域番号: 15K15960
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 計算機システム
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学 (2017); 京都大学 (2015-2016)
• 研究代表者: 新谷 道広 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助教 (80748913)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: トランジスタ / MOSFET / プロセッサ設計 / 経年劣化 / NBTI / タイミング解析 / 回路シミュレーション / NBTI緩和

研究成果の概要

半導体製造技術の進歩に伴い，集積回路は我々の生活に欠かせないものになっている一方で，集積回路の構成部品であるMOSトランジスタは経時的に特性が劣化することが知られている．数ある劣化現象の中でも，本研究はバイアス温度安定性（NBTI: Negative bias temperature instability）を対象としており，NBTI劣化のモデル化手法，NBTI依存のパス遅延劣化推定手法および劣化緩和手法の提案を通して，高い安全レベルを確保可能な高信頼プロセッサを実現した．

研究成果

• [国際共同研究] アーヘン工科大学(ドイツ)
• [国際共同研究] 南洋理工大学(シンガポール)
• [雑誌論文] Identification and Application of Invariant Critical Paths under NBTI Degradation (2017)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Shumpei Morita, Michihiro Shintani, Hiromitsu Awano, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E100.A 号: 12 ページ: 2797-2806
  • DOI: 10.1587/transfun.E100.A.2797
  • NAID: 130006236529
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Utilization of Path-Clustering in Efficient Stress-Control Gate Replacement for NBTI Mitigation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shumpei Morita, Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E100.A 号: 7 ページ: 1464-1472
  • DOI: 10.1587/transfun.E100.A.1464
  • NAID: 130007311781
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Path clustering for test pattern reduction of variation-aware adaptive path delay testing (2017)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Shintani, Takumi Uezono, Kazumi Hatayama, Kazuya Masu, and Takashi Sato
  • 雑誌名: Journal of Electronic Testing: Theory and Applications (JETTA) 巻: 32 号: 5 ページ: 601-609
  • DOI: 10.1007/s10836-016-5614-0
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast Estimation of NBTI-Induced Delay Degradation Based on Signal Probability (2016)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E99.A 号: 7 ページ: 1400-1409
  • DOI: 10.1587/transfun.E99.A.1400
  • NAID: 130005159598
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast Estimation of NBTI-Induced Delay Degradation Based on Signal Probability (2016)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, Takashi Sato
  • 雑誌名: IEICE TRANSACTIONS on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E99
  • NAID: 130005159598
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Efficient Worst-case Timing Analysis of Critical-Path Delay under Workload-Dependent Aging Degradation (2018)
  • 著者名/発表者名: Shumpei Morita, Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: IEEE/ACM Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC)
  • 国際学会
• [学会発表] A Study on NBTI-induced Delay Degradation Considering Stress Frequency Dependence (2018)
  • 著者名/発表者名: Zuitoku Shin, Shumpei Morita, Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED)
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient Parameter-Extraction of SPICE Compact Model through Automatic Differentiation (2018)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: IEEE International Conference on Microelectronic Test Structures (ICMTS)
  • 国際学会
• [学会発表] Comparative Study of Delay Degradation Caused by NBTI Considering Stress Frequency Dependence (2018)
  • 著者名/発表者名: Zuitoku Shin, Shumpei Morita, Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies (SASIMI)
  • 国際学会
• [学会発表] Area-Efficient Memristor-Crossbar-Based Error Correcting Code Circuit (2018)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Ishizaka, Michihiro Shintani, and Michiko Inoue
  • 学会等名: Workshop on Security, Reliability, Test, Privacy, Safety and Trust of Future Devices (SURREALIST)
  • 国際学会
• [学会発表] A Golden-Free Hardware Trojan Detection Technique Considering Intra-Die Variation (2018)
  • 著者名/発表者名: Fakir Sharif Hossain, Tomokazu Yoneda, Michihiro Shintani, Michiko Inoue, and Alex Orailoglu
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告(ディペンダブルコンピューティング研究会)
• [学会発表] メモリスタ論理による誤り訂正符号回路の設計と評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石坂守, 新谷道広, 井上美智子
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告(ディペンダブルコンピューティング研究会)
• [学会発表] メモリスタニューラルネットワークにおける縮退故障による識別性能への影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石坂守, 新谷道広, 井上美智子
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] LSTA: Learning-Based Static Timing Analysis for High-Dimensional Correlated On-Chip Variations (2017)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conference (DAC)
  • 発表場所: Austin, TX, USA
  • 年月日: 2017-06-18
  • 国際学会
• [学会発表] トランジスタ劣化の永続・回復可能成分を考慮したしきい値電圧変動の時間依存モデル (2017)
  • 著者名/発表者名: 忻 瑞徳, 森田 俊平, 新谷 道広, 廣本 正之, 佐藤 高史
  • 学会等名: 第30回 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 北九州国際会議場 福岡県北九州市
  • 年月日: 2017-05-11
• [学会発表] Device Identification from Mixture of Measurable Characteristics (2017)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Shintani, Kazuki Oishi, Rui Zhou, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: 32nd Annual IEEE Applied Power Electronics Conference & Exposition (APEC)
  • 発表場所: Tampa, FL, USA
  • 年月日: 2017-03-26
  • 国際学会
• [学会発表] Comparative Study of Path Selection and Objective Function in Replacing NBTI Mitigation Logic (2017)
  • 著者名/発表者名: Shumpei Morita, Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED)
  • 発表場所: Santa Clara, CA, Japan
  • 年月日: 2017-03-14
  • 国際学会
• [学会発表] LSTA: Learning-Based Static Timing Analysis for High-Dimensional Correlated On-Chip Variations (2017)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC)
  • 国際学会
• [学会発表] Parameter Extraction for MOSFET Current Model Using Backward Propagation of Errors (2017)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: IEEE/ACM Workshop on Variability Modeling and Characterization (VMC)
  • 国際学会
• [学会発表] Intra-Die-Variation-Aware Side Channel Analysis for Hardware Trojan Detection (2017)
  • 著者名/発表者名: Fakir Sharif Hossain, Tomokazu Yoneda, Michihiro Shintani, Michiko Inoue, and Alex Orailoglu
  • 学会等名: IEEE Asian Test Symposium (ATS)
  • 国際学会
• [学会発表] トランジスタ劣化の永続・回復可能成分を考慮したしきい値電圧変動の時間依存モデル (2017)
  • 著者名/発表者名: 新瑞徳, 森田俊平, 新谷道広, 廣本正之, 佐藤高史
  • 学会等名: 回路とシステムワークショップ (於 北九州国際会議場)
• [学会発表] Runtime NBTI Mitigation for Processor Lifespan Extension via Selective Node Control (2016)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Zheng Wang, Masayuki Hiromoto, Anupam Chattopadhyay, and Takashi Sato
  • 学会等名: IEEE Asian Test Symposium (ATS)
  • 発表場所: Hiroshima International Convention Center, Hiroshima, Japan
  • 年月日: 2016-11-21
  • 国際学会
• [学会発表] Path Grouping Approach for Efficient Candidate Selection of Replacing NBTI Mitigation Logic (2016)
  • 著者名/発表者名: Shumpei Morita, Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: the 20th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies (SASIMI2016)
  • 発表場所: Kyoto Research Park, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-24
  • 国際学会
• [学会発表] NBTIによるしきい値電圧変動のストレス確率依存性の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 忻 瑞徳, 森田 俊平, 新谷 道広, 廣本 正之, 佐藤 高史
  • 学会等名: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • 発表場所: 北海道大学 北海道札幌市
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] 機械学習による経年劣化タイミング解析手法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辺 松, 新谷 道広, 廣本 正之, 佐藤 高史
  • 学会等名: 情報処理学会DAシンポジウム2016
  • 発表場所: 山代温泉ゆのくに天祥 石川県加賀市
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Workload-Aware Worst Path Analysis of Processor-Scale NBTI Degradation (2016)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Shumpei Morita, Hiromitsu Awano, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: Great Lakes Symposium on VLSI (GLSVLSI)
  • 発表場所: Boston, MA, USA
  • 年月日: 2016-05-18
  • 国際学会
• [学会発表] 代表パス抽出による劣化緩和セル置換箇所の高速な選択手法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森田 俊平, 辺 松, 新谷 道広, 廣本 正之, 佐藤 高史
  • 学会等名: 第29回 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 北九州国際会議場 福岡県北九州市
  • 年月日: 2016-05-12
• [学会発表] 信号確率伝播に基づいた プロセッサのためのNBTI起因最大遅延パスの抽出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辺 松, 新谷 道広, 森田 俊平, 粟野 皓光, 廣本 正之, 佐藤 高史
  • 学会等名: 第29回 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 北九州国際会議場 福岡県北九州市
  • 年月日: 2016-05-12
• [学会発表] 代表パス抽出による劣化緩和セル置換箇所の高速な選択手法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森田 俊平, 辺 松, 新谷 道広, 廣本 正之, 佐藤 高史
  • 学会等名: 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 北九州国際会議場(福岡県,北九州市)
  • 年月日: 2016-05-12
• [学会発表] 信号確率伝播に基づく プロセッサのためのNBTI起因最大遅延パスの抽出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辺 松, 新谷 道広, 森田 俊平, 粟野浩光, 廣本 正之, 佐藤 高史
  • 学会等名: 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 北九州国際会議場(福岡県,北九州市)
  • 年月日: 2016-05-12
• [学会発表] Nonlinear Delay-Table Approach for Full-Chip NBTI Degradation Prediction (2016)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, Takashi Sato
  • 学会等名: International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED)
  • 発表場所: Santa Clara, CA, USA
  • 年月日: 2016-03-15
  • 国際学会
• [学会発表] Mitigation of NBTI-Induced Timing Degradation in Processor (2016)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Zheng Wang, Masayuki Hiromoto, Anupam Chattopadhyay, and Takashi Sato
  • 学会等名: International Workshop on Timing Issues in the Specification and Synthesis of Digital Systems (TAU)
  • 発表場所: Santa Rosa, CA, USA
  • 年月日: 2016-03-10
  • 国際学会
• [学会発表] Unique Device Identification Framework for Power MOSFETs Using Inherent Device Variation (2016)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Shintani, Kazuki Oishi, Rui Zhou, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: IEEE/ACM Workshop on Variability Modeling and Characterization (VMC)
  • 発表場所: Austin, TX, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Representative Path Approach for Time-Efficient NBTI Mitigation Logic Replacement (2016)
  • 著者名/発表者名: Shumpei Morita, Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, and Takashi Sato
  • 学会等名: IEEE/ACM Workshop on Variability Modeling and Characterization (VMC)
  • 発表場所: Austin, TX, USA
  • 国際学会
• [学会発表] プロセッサのNBTI劣化緩和法における劣化抑止制御回路の置換箇所削減に関する一検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森田 俊平, 辺 松, 新谷 道広, 廣本 正之, 佐藤 高史
  • 学会等名: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス(宮城県,仙台市)
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] Fast Estimation on NBTI-Induced Delay Degradation Based on Signal Probability (2015)
  • 著者名/発表者名: Song Bian, Michihiro Shintani, Masayuki Hiromoto, Takashi Sato
  • 学会等名: DAシンポジウム
  • 発表場所: 山代温泉 ゆのくに天祥(石川県,加賀市)
  • 年月日: 2015-08-26
• [備考] ディペンダブルシステム学研究室
  • URL: http://dslab.naist.jp/
• [備考] 個人ページ
  • URL: https://sites.google.com/view/shintanimichihiro/
• [備考] 情報回路方式研究室
  • URL: http://www.pass.cce.i.kyoto-u.ac.jp