ウェーハスケール光導波路結合型ダイナミックニューラルネットワークシステム

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12305024
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小柳 光正 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60205531)
• 研究分担者: 栗野 浩之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70282093) ; 羽根 一博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893) ; 江刺 正喜 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20108468)
• キーワード: 光導波路 / 並列処理 / ウエーハレベルインテグレーション / システム オン チップ / ウエーハ張り合わせ技術 / マイクロバンプ / 半導体技術 / LSI集積化技術

研究概要

本研究課題において我々はニューロン回路を製作したLSIを光導波路で相互接続することでニューラルネットワークにおいて重要な要素である千にも及ぶ多数のニューロン相互結合(シナプス結合)を実現し、連想や認識といった人間の持つ柔らかな情報処理のできるニューラルネットワークの試作を目指している。
本年度はこのようなシステムを実現するためにシステムの中核となる光導波路結合技術の開発(1)と光導波路結合システムに搭載する光ニューロン結合のための記憶回路(2)の試作を進めた。
(1)光導波路結合技術の開発
本年度は発光素子としてVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)をLSIの上に搭載するためのビームリード技術を開発した。この技術を用いてVCSELを搭載したLSIと受光素子を形成したLSIを光導波路基板上に集積化し、動作を確認した。その結果、5段以上の受光素子でチップ間の光通信ができることを実証した。
(2)光ニューロン結合のための記憶回路の試作
以上のように光通信がチップ間で可能なことを確認したが、この技術を用いたニューラルネットワークのためのVCSEL駆動回路、光受信回路を搭載した記憶回路を設計、試作した。この回路評価の結果、30nA程度の光電流で光受信回路の良好な動作と、メモリー回路の正常な動作を確認した。現在、次年度に向けて、試作した記憶回路を光導波路基板上に搭載する工程を行っている。これによって別チップに形成した回路間における相互光通信を実現する。

研究成果

• [文献書誌] Mitsumasa Koyanagi, Yoshihiro Nakagawa, Hiroyuki kurino, et al.: "Neuromorphic Vision Chip Fabricated Using Three-Dimensional Integration Technology"Proc. of the 2001 IEEE International Solid State Circuits Conference. 270-271 (2001)
• [文献書誌] Toru Hashimoto, Ki Tae Park, Hiroyuki Kurino, Mitsumasa Koyanagi: "Optical Data Transfer in Multichip Module with Optical Interconnection"Ext. Abst. of the 2001 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials. 594-595 (2001)
• [文献書誌] T.Morooka, T.Nakamura, H.Kurino, M.Koyanagi, et al.: "Three-Dimensional Integration of Fully Depleted SOI Devices"Ext. Abst. of the 2001 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials. 38-39 (2001)
• [文献書誌] K-T.Park, T.Nakamura, K-W.Lee, H.Kurino, M.Koyanagi, et al.: "A WAFER-LEVEL THREE DIMENSIONAL CHIP STACKING TECHNOLOGY FOR HIGH-PERFORMANCE MICROELECTRONICS AND MEMS"Proc. of IPACK'01 The Pacific Rim/ASME Int. Electronic Packaging Technical Conference and Exhibition. (2001)
• [文献書誌] 栗野浩之, 中川源洋, 李康旭, 中村共則, 小柳光正 et al.: "三次元集積化技術を使ったビジョンチップ"社団法人 電子情報通信学会 信学技報. 101(85). 29-35 (2001)
• [文献書誌] Hiroyuki Kurino, Yoshihiro Nakagawa, Mitsumasa Koyanagi et al.: "Biologically Inspired Vision Chip with Three Dimensional Structure"IEICE Transactions on Electronics. E84-C(12). 1712-1722 (2001)