ビルディングブロック型計算システムにおけるチップブリッジを用いた積層方式

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03215
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 天野 英晴 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60175932)
• 研究分担者: 並木 美太郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10208077) ; 中村 宏 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (20212102) ; 宇佐美 公良 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (20365547) ; 近藤 正章 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (30376660) ; 鯉渕 道紘 国立情報学研究所, アーキテクチャ科学研究系, 准教授 (40413926) ; 黒田 忠広 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50327681)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 計算機システム / チップ積層 / ワイヤレスチップ間通信

研究実績の概要

誘導結合ワイヤレスチップ間通信は、チップ上の配線レイヤを用いて作ったコイル間の磁界結合により、積層したチップ間に高速なデータ転送を実現する。他の積層技術と違って、特殊なプロセスを利用しなくて良い点に特徴がある。このTCIを実用的な技術とするためには、インダクタを含めて誘導結合に必要な回路をセットにしたIP（Intellectual Property)を用意する必要がある。また、チップにはボンディングにより電源とクロックを供給するため、チップはずらして積層する必要がある。このようにして様々な積層を行ったシステムを構築するためには、IPのチップ内の組み込み方、ショートが起きず、熱が拡散する物理的積層ノウハウ、全体のシステムとして用いるためのソフトウェア、設計用CADを含めた総合的な技術が必要となる。
本研究では、垂直統合型組織でこの課題に取り組み、最終年度として特に以下を重点的に行った。a)各種チップの上に積層することにより、各種チップの動作条件を測定し、この結果を基に、ルネサス65nmプロセスでのIPをUSJC 50nmへ移植した。これにより将来広くIPを利用できる。b)チップの積層時に生じるショートの問題に取り組み、ショートが起きる条件とショートを生じないグルーを明らかにした。c)IP組み込み時のパワーグリッドの抵抗解析を行い、a)の結果と照合することで、TCI IPのチップ上での位置、パワーグリッドの構成法について、安定に実装可能な積層手法を明らかにした。d)様々なチップを積層する場合のソフトウェアの構築について各手法を試した。
以上により、TCIを用いたチップの積層について実際的な手法を確立するとともに、実用化に向けて大きく進展した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 3次元積層SiPを用いたマルチコアシステムのためのサイクルアキュレートシミュレータCubeSimの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小島拓也, 池添赳治, 天野英晴
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌D 巻: J104-D ページ: 228-241
  • DOI: 10.14923/transinfj.2020PDP0046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Body Bias Optimization for Real-Time Systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Carlos C. Cortes Torres, Ryota Yasudo and Hideharu Amano
  • 雑誌名: Journal of Low Power Electronics and Applications 巻: 10 ページ: 1-18
  • DOI: 10.3390/jlpea10010008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] TCI Tester: Tester for Through Chip Interface (2021)
  • 著者名/発表者名: Hideto Kayashima and Hideharu Amano
  • 学会等名: The University Design Contest of The 26th Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 3次元積層型ヘテロジニアスプロセッサのためのシミュレータ開発とその応用”, 信学技報, (2020)
  • 著者名/発表者名: 小島拓也, 池添赳治, 天野英晴
  • 学会等名: 電子情報通信学会コンピュータシステム研究会
• [学会発表] 誘導結合無線通信インタフェース搭載チップにおける抵抗分布解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 茅島秀人, 天野英晴, 四手井綱章
  • 学会等名: 電子情報通信学会VLD研究会
• [学会発表] LLVMを用いたCGRA向けソフトウェア開発環境の構築と評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大和田彩夏, 小島拓也, 天野英晴
  • 学会等名: 電子情報通信学会CPSY研究会
• [学会発表] 3次元積層チップの発熱時における熱過渡解析と 温度制御回路の設計 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笈川智秋, 宇佐美公良
  • 学会等名: 電子情報通信学会VLD研究会, VLD2020-9, 2020.6.18.
• [学会発表] 誘導結合を用いた疎な3次元NoC (2020)
  • 著者名/発表者名: 鯉渕 道紘
  • 学会等名: 第19回情報科学技術フォーラム(FIT) (トップコンファレンスセッション4-1 コンピュータシステムと機械学習)
  • 招待講演
• [図書] 並列コンピュータ (2020)
  • 著者名/発表者名: 天野英晴
  • 総ページ数: 170
  • 出版者: オーム社
• [備考] ビルディングブロック型コンピューティングシステムのページ
  • URL: http://www.am.ics.keio.ac.jp/kaken_s/?lang=ja