• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

高信頼化に向けたメムキャパシタ脳型コンピュータ設計基盤

研究課題

研究課題/領域番号 22K11954
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分60040:計算機システム関連
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

新谷 道広  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (80748913)

研究分担者 中島 康彦  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00314170)
木村 睦  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 客員教授 (60368032)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードニューラルネットワーク / メムキャパシタ / 専用ハードウェア / 高信頼化 / ガウス過程 / 高集積化
研究開始時の研究の概要

メムキャパシタを用いて実現するヒトの脳を模した脳型コンピュータはこれまでの計算基盤を刷新する最重要技術の1つとして期待を集めているが、製造不安定による信頼性課題により大規模化に重大な課題を抱えており、従来計算規模を超える目処は立っていない。本研究は、メムキャパシタ脳型コンピュータの高集積化に不可欠なシミュレーションによる材料が持つ物性の理解とそれを利用した高信頼化設計の技術基盤を形成するものである。脳型コンピュータの回路構成を模擬したシミュレーション環境を構築し、メムキャパシタSPICEモデル開発による故障等の非理想特性の解明と、シミュレーション結果を取り込んだ高信頼設計環境を確立する。

研究実績の概要

メムキャパシタによる脳型コンピュータはこれまでの計算基盤を刷新する最重要技術の1つとして期待を集めているが、製造不安定に起因する信頼性課題により大規模化に重大な課題を抱えており、従来計算規模を超える目処は立っていない。今年度は、メムキャパシタの特性モデル化に取り組んだ。まずは、ネット上で公開されているメモリスタを題材に、機械学習の1種であるガウス過程を用いてモデル化を試みた。従来、メメモリスタを用いた機械学習によるモデル化はLSTMを用いた手法があったが、ガウス過程のスパース近似を用いることで、LSTMよりも2000倍以上高速にモデル化できることを示した。さらに、多値を取りうるメムキャパシタを開発し、上記メモリスタと同様にモデル化できることを示した。これを用いてホップフィールドネットワークをSPICEシミュレーション上に構築し、学習および推論を実行できることを示した。さらに、メムキャパシタのアプリケーション例として超次元コンピュータを検討している。まずは、FPGA上に実装可能な電力効率に優れたアクセラレータを開発した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

任意のメムデバイス素子をモデル化できる環境を立ち上げた。

今後の研究の推進方策

今後はさらに大規模なアプリケーション回路に対して検証を行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Efficient Wafer-Level Spatial Variation Modeling for Multi-Site RF IC Testing2024

    • 著者名/発表者名
      MIAN Riaz-ul-haque、NAKAMURA Tomoki、KAJIYAMA Masuo、EIKI Makoto、SHINTANI Michihiro
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E107.A 号: 8 ページ: 1139-1150

    • DOI

      10.1587/transfun.2023EAP1115

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2024-08-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wafer-Level Characteristic Variation Modeling Considering Systematic Discontinuous Effects2024

    • 著者名/発表者名
      NAGAO Takuma、NAKAMURA Tomoki、KAJIYAMA Masuo、EIKI Makoto、INOUE Michiko、SHINTANI Michihiro
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E107.A 号: 1 ページ: 96-104

    • DOI

      10.1587/transfun.2023KEP0010

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2024-01-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] EcoFlex-HDP: High-Speed and Low-Power and Programmable Hyperdimensional-Computing Platform with CPU Co-processing2024

    • 著者名/発表者名
      Yuya Isaka, Nau Sakaguchi, Michiko Inoue, Michihiro Shintani
    • 雑誌名

      Proc. of IEEE Design, Automation and Test in Europe (DATE)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ccelerating Machine Learning-Based Memristor Compact Modeling Using Sparse Gaussian Process2024

    • 著者名/発表者名
      Yuta Shintani, Michiko Inoue, Michihiro Shintani
    • 雑誌名

      Proc. of IEEE Design, Automation and Test in Europe (DATE)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improving Efficiency and Robustness of Gaussian Process Based Outlier Detection via Ensemble Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Eiki Makoto、Nakamura Tomoki、Kajiyama Masuo、Inoue Michiko、Sato Takashi、Shintani Michihiro
    • 雑誌名

      Proc. of International Test Conference (ITC)

      巻: - ページ: 132-140

    • DOI

      10.1109/itc51656.2023.00029

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lifetime Improvement Method for Memristor-Based Hyperdimensional Computing Accelerator2023

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Tetsuro、Shintani Michihiro
    • 雑誌名

      Proc. of IEEE International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai (IMFEDK)

      巻: - ページ: 1-2

    • DOI

      10.1109/imfedk60983.2023.10366339

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Feasibility Study of Incremental Neural Network Based Test Escape Detection by Introducing Transfer Learning Technique2023

    • 著者名/発表者名
      Takaya Ayano、Shintani Michihiro
    • 雑誌名

      Proc. of IEEE International Test Conference in Asia (ITC-Asia)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/itc-asia58802.2023.10301182

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental Study of Pass/Fail Threshold Determination Based on Gaussian Process Regression2023

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Goeda, Tomoki Nakamura, Masuo Kajiyama, Makoto Eiki, Takashi Sato, Michihiro Shintani
    • 雑誌名

      Proc. of Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information Technologies (SASIMI)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ガウス過程回帰に基づく薄膜強誘電体メムキャパシタのモデル化と評価2024

    • 著者名/発表者名
      浦田涼雅, 篠田太陽, 木村睦, 新谷道広
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (VLSI設計技術研究会)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 誤り検出と冗長救済によるメモリスタ超次元コンピューティング推論アクセラレータの長寿命化2023

    • 著者名/発表者名
      岩崎哲朗, 新谷道広
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (VLSI設計技術研究会)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 転移学習を用いた自己符号化器による逐次見逃し故障 LSI 検出2023

    • 著者名/発表者名
      高谷彩乃, 新谷道広
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (VLSI設計技術研究会)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 機械学習に基づく薄膜メムキャパシタのモデル化に関する一考察2023

    • 著者名/発表者名
      浦田涼雅, 木村睦, 新谷道広
    • 学会等名
      情報処理学会 SLDM研究発表会 (SLDM WIP Forum 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ガウス過程回帰に基づくLSI テストにおける適応的良品判定基準決定手法2023

    • 著者名/発表者名
      五枝大典, 中村友紀, 梶山賀生, 栄木誠, 新谷道広
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (VLSI設計技術研究会)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ガウス過程を用いた機械学習に基づくメモリスタモデリングの高速化2023

    • 著者名/発表者名
      新谷悠太, 井上美智子, 新谷道広
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (VLSI設計技術研究会)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 低消費電力デバイスのためのプログラマブルな二値超次元計算アクセラレータ2023

    • 著者名/発表者名
      井阪友哉, 坂口生有, 井上美智子, 新谷道広
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (VLSI設計技術研究会)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Wafer-Level Characteristic Variation Modeling Considering Systematic Discontinuous Effects2023

    • 著者名/発表者名
      Takuma Nagao, Tomoki Nakamura, Masuo Kajiyama, Makoto Eiki, Michiko Inoue, and Michihiro Shintani
    • 学会等名
      Proc. of IEEE/ACM Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ガウス過程を用いたウェハーレベル特性モデル化手法のカーネル関数選択に関する実験的検討2022

    • 著者名/発表者名
      廣江達也, ミアリアーズウルハック, 新谷道広
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサエティ大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Accurate Failure Rate Prediction Based on Gaussian Process Using WAT Data2022

    • 著者名/発表者名
      Makoto Eiki, Tomoki Nakamura, Masuo Kajiyama, Michiko Inoue, and Michihiro Shintani
    • 学会等名
      Proc. of IEEE International Test Conference (ITC)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi