フォトニクスとエレクトロニクスの融合による光コンピュータの構成法に関する研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19975
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 石原 亨 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (30323471)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• キーワード: 計算機システム / 光集積回路

研究実績の概要

平成31年度は、平成29年度と30年度に行った研究の成果を発展させ、一般的な論理関数を光デバイスによって実現する光論理回路の低消費電力化手法と光ニューラルネットワークのアーキテクチャを考案した。平成30年度に行った研究で明らかにしたとおり、光論理回路は非常に高速である反面、二分決定グラフを直接的に光デバイスで実現すると光源が消費する電力は入力変数の数の指数オーダーとなる。そこで、光論理回路を適切に多段化することにより、光源が消費する電力を入力変数の数の指数オーダーから多項式オーダーに低減する手法を開発した。この手法により、光論理回路の消費電力を既存のCMOS論理回路と同程度に保ちつつ、遅延性能はCMOS論理回路のおよそ3倍程度に向上させることができることを明らかにした。さらに、光スイッチを用いたニューラルネットワーク回路アーキテクチャを幅広く調査し、特徴を整理した。代表的な光ニューラルネットワークアーキテクチャはMITの研究グループが開発したMIT型とPrinceton大学が開発したPrinceton型の2種類に大別できることを明らかにした。MIT型は、マッハツェンダ干渉計を格子状に配置して超低遅延推論を実現する。Princeton型は、リング変調器によるアナログ乗算器と光受光器によるアナログ累算器を組み合わせることにより小面積な光回路で推論処理を実現する。本研究課題では、MIT型でもPrinceton型でもない新たな光ニューラルネットワークアーキテクチャを考案し、光回路シミュレータによりその有効性を明らかにした。これらの研究成果は国内外の会議で発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Methods for Reducing Power and Area of BDD-Based Optical Logic Circuits (2019)
  • 著者名/発表者名: MATSUO Ryosuke、SHIOMI Jun、ISHIHARA Tohru、ONODERA Hidetoshi、SHINYA Akihiko、NOTOMI Masaya
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E102.A ページ: 1751～1759
  • DOI: https://doi.org/10.1587/transfun.E102.A.1751
  • 査読あり
• [学会発表] ニューラルネットワークの集積ナノフォトニクス実装に適した回路構造探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 服部直樹、増田豊、石原亨、塩見準、新家昭彦、納富雅也
  • 学会等名: 電子情報通信学会 VLSI設計技術研究会 技術報告119(443)
• [学会発表] An Optical Neural Network Architecture based on Highly Parallelized WDM-Multiplier-Accumulator (2019)
  • 著者名/発表者名: ISHIHARA Tohru、SHIOMI Jun、HATTORI Naoki、MASUDA Yutaka、SHINYA Akihiko、NOTOMI Masaya
  • 学会等名: IEEE/ACM Workshop on Photonics-Optics Technology Oriented Networking, Information and Computing Systems
  • 国際学会 / 招待講演