不揮発記憶素子を用いた細粒度パイプライン演算システムの構築

• 研究課題/領域番号: 23700050
• 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・ネットワーク
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松永 翔雲 東北大学, 省エネルギー・スピントロニクス集積化システムセ ンター, 研究支援者 (80551564)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2012年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2011年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 並列処理 / 細粒度パイプライン / 細粒度パワーゲーティング / 非同期 / 不揮発 / SAD / CAM / MTJ素子 / 連想メモリ / 国際情報交換 / カナダ / 機能メモリ / パイプライン / 国際情報交流

研究概要

本研究課題では，「More than Moore」に代表されるような新デバイスの採用および回路機能の多様化による集積回路のパフォーマンス向上を想定し，強誘電体や強磁性体などの不揮発記憶素子の特長を活用し，ゲートレベルの論理演算機能と不揮発記憶機能をコンパクトに一体化し，低電力性と高速性を両立できる不揮発性の細粒度パイプライン演算システムを構築した．応用例として，動画像圧縮等に利用する動きベクトル検索用絶対差分和演算回路，及び並列データ検索用連想メモリを取り上げ，パワーゲーティング機能を組み込んだ不揮発性の細粒度パイプライン演算システムにより，大幅なパフォーマンス向上を実現した．

研究成果

• [雑誌論文] High-Throughput Low-Energy Self-Timed CAM Based on Reordered Overlapped Search Mechanism (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, Vincent C. Gaudet, Warren J. Gross, and Takahiro Hanyu
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Circuits and Systems I 巻: vol.61 号: 3 ページ: 865-876
  • DOI: 10.1109/tcsi.2013.2283997
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-throughput CAM based on a synchronous overlapped search scheme (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, Vincent C. Gaudet, Warren J. Gross, and Takahiro Hanyu
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: 10 号: 7 ページ: 20130148-20130148
  • DOI: 10.1587/elex.10.20130148
  • NAID: 130003365008
  • ISSN: 1349-2543
  • 査読あり
• [学会発表] Design of a Soft-Error Tolerant 9-Transistor/6-Magnetic-Tunnel-Junction Hybrid Cell Based Nonvolatile TCAM (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE International NEWCAS Conference
  • 発表場所: カナダ
  • 年月日: 2014-06-24
• [学会発表] Soft-Delay-Error Evaluation in Content-Addressable Memory (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, Noboru Sakimura, Ryusuke Nebashi, Tadahiko Sugibayashi, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic
  • 発表場所: ドイツ
  • 年月日: 2014-05-21
• [学会発表] A Compact Soft-Error Tolerant Asynchronous TCAM Based on a Transistor/Magnetic-Tunnel-Junction Hybrid Dual-Rail Word Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE International Symposium on Asynchronous Circuits and Systems
  • 発表場所: ドイツ
  • 年月日: 2014-05-12
• [学会発表] ばらつき耐性を有するコンパクト・低電力不揮発TCAM の構成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松永翔雲, 望月明, 羽生貴弘
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2014-03-20
• [学会発表] ばらつき耐性を有するコンパクト・低電力不揮発TCAMの構成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松永翔雲, 望月明, 羽生貴弘
  • 学会等名: 2014年 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 新潟, 日本
• [学会発表] A Compact Soft-Error Tolerant Asynchronous TCAM Based on a Transistor/Magnetic-Tunnel-Junction Hybrid Dual-Rail Word Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: 20th IEEE International Symposium on Asynchronous Circuits and Systems
  • 発表場所: Potsdam, Germany
• [学会発表] Soft-Delay-Error Evaluation in Content-Addressable Memory (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, Noboru Sakimura, Ryusuke Nebashi, Tadahiko Sugibayashi, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE 44th International Symposium on Multiple-Valued Logic
  • 発表場所: Bremen, Germany
• [学会発表] Design of a Soft-Error Tolerant 9-Transistor/6-Magnetic-Tunnel-Junction Hybrid Cell Based Nonvolatile TCAM (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: 12th IEEE International NEWCAS Conference
  • 発表場所: Trois-Rivieres, Canada
• [学会発表] Probabilistic Search Schemes for High-Speed Low-Power Content-Addressable Memories (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, Vincent C. Gaudet, Warren J. Gross, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: International Conference on Analog VLSI Circuits
  • 発表場所: カナダ
  • 年月日: 2013-10-18
• [学会発表] Design of a No-Standby Energy Pipelined LSI Processor Using MTJ-Based Nonvolatile Logic-in-Memory Architecture (2013)
  • 著者名/発表者名: Magdalena Sihotang, Shoun Matsunaga, Noboru Sakimura, Ryusuke Nebashi, Yukihide Tsuji, Ayuka Morioka, Tadahiko Sugibayashi, Sadahiko Miura, Hiroaki Honjo, Keizo Kinoshita, Shoji Ikeda, Hideo Sato, Syunsuke Fukami, Masanori Natsui, Tetsuo Endoh, Hideo Ohno, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE International Solid-State Circuits Conference (Student Research Preview)
  • 発表場所: アメリカ
  • 年月日: 2013-02-17
• [学会発表] Probabilistic Search Schemes for High-Speed Low-Power Content-Addressable Memories (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, Vincent C. Gaudet, Warren J. Gross, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: International Conference on Analog VLSI Circuits
  • 発表場所: Montreal, Canada
• [学会発表] Design of a No-Standby Energy Pipelined LSI Processor Using MTJ-Based Nonvolatile Logic-in-Memory Architecture (2013)
  • 著者名/発表者名: Magdalena Sihotang, Shoun Matsunaga, ・・・ , and Takahiro Hanyu （全17名）
  • 学会等名: IEEE International Solid-State Circuits Conference (Student Research Preview)
  • 発表場所: アメリカ（サンフランシスコ）
• [学会発表] Fine-Grained Power-Gating Scheme of a Nonvolatile Logic-in-Memory Circuit for Low-Power Motion-Vector Extraction (2012)
  • 著者名/発表者名: Magdalena Sihotang, Shoun Matsunaga, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE NEWCAS Conference
  • 発表場所: カナダ
  • 年月日: 2012-06-20
• [学会発表] High-Throughput Low-Energy Content-Addressable Memory Based on Self-Timed Overlapped Search Mechanism (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, Vincent C. Gaudet, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE International Symposium on Asynchronous Circuits and Systems
  • 発表場所: デンマーク
  • 年月日: 2012-05-07
• [学会発表] 不揮発論理ゲートに基づく細粒度パイプライン回路の構成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松永 翔雲,羽生 貴弘
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2012-03-20
• [学会発表] MTJ/MOS ハイブリッド構造に基づく待機電力フリー不揮発SAD回路の構成と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: マグダレナ シホタン,松永 翔雲,羽生 貴弘
  • 学会等名: 多値論理とその応用研究会
  • 発表場所: 宮崎
  • 年月日: 2012-01-08
• [学会発表] High-Throughput Low-Energy Content-Addressable Memory Based on Self-Timed Overlapped Search Mechanism (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoya Onizawa, Shoun Matsunaga, Vincent C. Gaudet, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE International Symposium on Asynchronous Circuits and Systems
  • 発表場所: デンマーク（リュンビュー）
• [学会発表] Fine-Grained Power-Gating Scheme of a Nonvolatile Logic-in-Memory Circuit for Low-Power Motion-Vector Extraction (2012)
  • 著者名/発表者名: Magdalena Sihotang, Shoun Matsunaga, and Takahiro Hanyu
  • 学会等名: IEEE NEWCAS Conference
  • 発表場所: カナダ（モントリオール）
• [学会発表] MTJ/MOSハイブリッド構造に基づく待機電力フリー不揮発SAD回路の構成と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: マグダレナ シホタン，松永 翔雲，羽生 貴弘
  • 学会等名: 多値論理とその応用研究会
  • 発表場所: 宮崎
• [産業財産権] 不揮発性連想メモリセル (2014)
  • 発明者名: 羽生貴弘, 松永翔雲, 望月明, 遠藤哲郎, 大野英男
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-062766
  • 出願年月日: 2014-03-25
• [産業財産権] 半導体記憶装置及びその駆動方法 (2013)
  • 発明者名: 羽生貴弘, 松永翔雲, 鬼沢直哉, ヴィ. ガウデット
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-05-03
  • 外国
• [産業財産権] 半導体記憶装置及びその駆動方法 (2013)
  • 発明者名: 羽生貴弘, 松永翔雲, 鬼沢直哉, ヴィ. ガウデット
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-05-03
  • 外国
• [産業財産権] 半導体記憶装置及びその駆動方法 (2012)
  • 発明者名: 羽生貴弘, 松永翔雲, 鬼沢直哉, ヴィ. ガウデット
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-105558
  • 出願年月日: 2012-05-06
• [産業財産権] 半導体記憶装置及びその駆動方法 (2012)
  • 発明者名: 羽生貴弘，松永翔雲，鬼沢直哉，ヴィ．ガウデット
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-105558
  • 出願年月日: 2012-05-06