超高速光バスを有するモンテカルロ解析専用並列処理システムの試作

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06555103
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小柳 光正 東北大学, 工学部, 教授 (60205531)
• 研究分担者: 塚本 頴彦 三菱重工, 広島研究所, 次長 ; 宮川 宣明 富士ゼロックス, 電子技術研究所, 主幹研究員 ; 相原 玲二 広島大学, 情報処理センター, 助教授 (50184023)
• キーワード: 光インターコネクション / 光導波路 / 並列処理システム / バスボトルネック / モンテカルロ解析 / デバイスシミュレーション / 極微細半導体素子 / 大規模集積回路

研究概要

モンテカルロ解析専用の新しい並列処理システムで用いる専用マイクロプロセッサチップ(RISCチップ)を設計した。このチップを0.65μmのA12層CMOS技術を行いて実際に試作し、その基本動作を確認した。モンテカルロ解析専用の新しいRISCチップのチップサイズは14×14mm2で、約70万個のトランジスタを搭載している。このチップは高速にデータを転送するための専用通信インタフェース・ユニットを内蔵しているところが通常のRISCチップと違っている。動作周波数は当初予想していた40MHzよりは低くなったものの(約20MHz)、採用した並列処理アーキテクチャ(リングバス・アーキテクチャ)がスケーラビリティにすぐれていたため、接続するプロセッサ数を100台以上とすることで充分なシステム性能を得ることのできる見通しを得た。以上のシステムでは、システムの基本動作と基本性能を確認するために、バスに通常の電気バスを採用したが、システムのより高性能化を目指してバスに光インターコネクションを採用することを検討した。また、光インターコネクションの採用と合わせて、チップの実装を多層実装技術を用いてシステムを小型化することも検討した。光インターコネクションに関しては、ポリイミドから成る光導波路とマイクロミラーを使って光により信号転送できることを確認した。シリコンチップ上への発光・受光素子の搭載はマイクロボンディング技術を用いて行った。また、チップの多層実装に関しては、シリコンチップを高精度に位置合わせしてこれを垂直方向に積み重ねる手法を開発した。また、そのための専用の3次元ウェーハアライナも開発した。これらの技術を使って小規模のテスト・システムを試作し基本動作の評価を行った。

研究成果

• [文献書誌] M. Koyanagi他3人: "New Parallel Processor System with Optical Interconnection Specific for Monte Carlo Analysis" Proc. SPIE Intern. Symp. on Optoelectronic, Microelectronic and Laser Technologies(Photonics West'95)-Optoelectronic Interconnect. 2400. 186-191 (1995)
• [文献書誌] M. Koyanagi他3人: "Polyimide Waveguide as Optical Interconnection for Multi-Chip Module Application" Extended Abstracts of the 1995 Intern. Conf. on Solid State Devices. 1037-1038 (1995)
• [文献書誌] M. Koyanagi他9人: "Three-Dimensional Integration Technology Based on Wafer Bonding Technique Using Micro-Bumps" Extended Abstracts of the 1995 Intern. Conf. on Solid State Devices and Materials. 1073-1074 (1995)
• [文献書誌] K. -H. Yu, M. Koyanagi他4人: "Three-Dimensional Multi-Layered, Real-Time Micro Vision System" Proc. of International Symp. on Microsystems, Intelligent Materials and Robots. 382-385 (1995)
• [文献書誌] M. Koyanagi他5人: "Test Chip Fabrication of 3D Optically Coupled Common Memory for Parallel Processing System" Proc. SPIE Intern. Symp. on Optoelectronic, Microelectronic and Laser Technologies(Photonics West'95)-Optoelectronic Interconnect III. 2400. 8-15 (1995)
• [文献書誌] K. Miyake, M. Koyanagi他7人: "Fabrication and Evaluation of Three-Dimensional Optically Coupled Common Memory" Jpn. J. Appl. Phys.34. 1246-1248 (1995)