単一磁束量子論理回路を用いた新機能単一量子集積システムの研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450144
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 吉川 信行 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (70202398)
• 研究分担者: 金田 久善 横浜国立大学, 工学部, 助手 (30242382)
• キーワード: 単一磁束量子 / SFQ / 超伝導集積回路 / Josephson素子 / BDD / 二分決定グラフ / セルベース設計法 / マイクロプロセッサ

研究概要

超伝導回路中の単一磁束量子を情報担体とする単一磁束量子論理回路は、演算の高速性、低消費電力性の面で半導体論理回路を大きく上回る性能を有し、次世代の高速高密度集積回路の基礎技術として注目されている。また、これらの単一磁束量子が持つ量子的側面は、従来のブール関数を基礎とする論理回路と異なり、量子を演算の基本とする新奇論理回路を生み出す可能性を秘めている。
本研究は、非ブーリアン系の論理表現である二分決定グラフ(BDD)に基づいた単一磁束量子論理回路の構成方法について検討を行い、単一量子集積システムの実現を目指す。
本年度では主に、基本セルの最適化と動作検証、ならびに小規模なマイクロプロセッサの設計とシステム評価を行った。具体的には以下の成果を得た。
(1)BDD単一磁束量子論理回路を構成するための基本回路素子のパラメータを最適化した。
(2)BDD単一磁束量子論理回路の大規模化を目指し、基本回路素子のレイアウトのセル化を行った。これにより、基本素子の組み合わせにより、大規模回路の設計が可能となった。
(3)セル化された基本回路素子を試作し、動作検証を行った。これにより、全ての基本回路素子の動作特性が理論値と一致することを示した。
(4)8ビットマイクロプロセッサを設計し、そのパフォーマンスを評価した。BDD単一磁束量子マイクロプロセッサは、これと同一のアーキテクチャに基づく半導体マイクロプロセッサに対して10倍以上の高速動作が可能であることを示した。

研究成果

• [文献書誌] 越山潤一,吉川信行: "RSFQ論理回路のセルベース設計手法の検討"電子情報通信学会論文誌C. 7. 636-642 (2000)
• [文献書誌] 吉川信行,森静香,越山潤一: "Verilog HDLによるRSFQ論理回路のタイミング設計手法の検討"電子情報通信学会論文誌C. 7. 643-650 (2000)
• [文献書誌] N.Yoshikawa and K.Yoneyama: "Parameter Optimization of Single Flux Quantum Digital Circuits Based on Monte Carlo Yield Analysis"IEICE Transactions on Electronic. E83-C. 75-80 (2000)
• [文献書誌] N.Yoshikawa and J.Koshiyama: "Top・Down RSFQ Logic Design Based on a Binary Decision Diagram"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. (to be published). (2001)
• [文献書誌] J.Koshiyama and N.Yoshikawa: "A Cell-Based Design Approach for RSFQ Circuits Based on Binary Decision Diagram"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. (to be published). (2001)
• [文献書誌] N.Yoshikawa,T.Abe,Y.Kato and H.Hoshina: "Component Development for a 16 Gb/s RSFQ-CMOS Interface System"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. (to be published). (2001)