| 研究課題/領域番号 |
18K11211
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| 研究機関 | 北陸先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
金子 峰雄 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00185935)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 同期式回路 / クロックスキュー / 信号伝搬遅延 / 温度依存性 / セットアップ条件 / ホールド条件 / クロック分配 / 制約グラフ |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、集積回路の高性能化の妨げとなっている温度変動に伴う遅延変動に対して、クロック信号のフリップフロップへの到着時刻を意図的に変化させるタイミングスキューに注目し、対象回路の温度依存性の影響をタイミングスキューの温度依存性にて吸収することによって集積回路の高性能化を達成しようとするものである。当該年度においては、温度変動に対する信号遅延変動のモデルとタイミングスキュー量決定手法について検討を行い、以下の成果が得られた。
１．回路中の信号遅延の温度依存のモデルとして線形モデルの適用性、重要性を明らかにした。回路の信号伝搬遅延量の線形温度依存モデルは、温度パラメータの非線形変換の考えを利用することで、非線形温度依存性を持った遅延量に対しても議論を適用でき、かつ考慮すべき動作温度範囲の両端温度での動作保証が温度範囲内全体での動作を保証するなどの優れた特徴を持つモデルであることを明らかにした。
２．線形温度依存モデルの下において、回路中の様々な信号経路の遅延は、遅延のタイプや回路構成によって様々な遅延量と温度依存特性量を持ち得る。回路中の信号伝搬遅延はもとより、タイミングスキューを生成する遅延回路を含めて、考慮すべき遅延が様々な温度依存特性量を持つ場合の最適なタイミングスキュー量の計算手法を開発した。これは遅延の線形温度依存モデルの性質に立脚するもので、考慮すべき動作温度範囲の低温端、高温端それぞれにおけるタイミング制約を生成し、加えて両者間の温度特性に起因する従属関係を追加制約とすることで、必要十分な全制約を列挙し、それを解くことで所望のタイミングスキュー量を計算するものであり、線形温度依存モデルの下でタイミングスキュー解が存在する場合は、必ずそれを計算する手法となっている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究にて事業期間中に具体的に取り組む技術課題として、課題１．温度変動に対する信号遅延変動のモデル、課題２．対象回路の温度依存性とスキュー生成のための遅延回路の温度依存性を考慮したスキュースケジュール手法の開発、課題３．温度変動下での高性能化や動作可能温度範囲の拡大を実現する最適な遅延回路温度依存性の探究、課題４．温度依存性のスキュー補償の適用を前提とした対象回路の設計最適化を計画しているが、第１年目において課題１と課題２をほぼ解決することができている。特に課題２に関して提案した手法は、線形温度依存モデルの下でのいかなる状況に対しても、タイミングスキュー解が存在する場合は必ずそれを計算し、解が存在しない場合にはその理由を説明できる手法となっている。この手法自身、温度特性を考慮した最適なタイミングスキュー量設計として、実際の回路設計の重要な要素となるが、それに加えて、本研究にて今後に予定されている課題３および課題４を検討する際の重要な基盤を与えるものとなっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後においては、課題３．温度変動下での高性能化や動作可能温度範囲の拡大を実現する最適な遅延回路温度依存性の探究、課題４．温度依存性のスキュー補償の適用を前提とした対象回路の設計最適化について検討を進めていく予定である。
３．最適な遅延回路(スキュー生成回路)温度依存性の探究について：温度依存性を考慮したスキュースケジュールを適用した際の、最終的に得られる回路の温度性能(所定の動作温度範囲内での回路性能、あるいは所定の回路性能を達成する動作可能温度範囲など)は、スキュー遅延量の温度特性に依存して決まることが予想されることから、温度依存性を持ったスキュー補償の観点から、理想とするスキュー遅延量の温度特性を明らかにする。
４．温度依存のスキュー補償を前提とした対象回路設計：温度依存性を考慮したスキュースケジュールを適用した際の、最終的に得られる回路の温度性能は対象回路の性質にも大きく左右されると考えられる。ここでは特に動作タイミングが非常にクリティカルとなるデータパス回路部の設計を対象として、温度依存性のスキュー補償が最も効果的に機能して最高の温度性能を持つためのデータパス回路設計最適化を検討・開発する。データパス回路における信号伝搬経路やクロックに同期した信号伝搬のタイミングは高位合成の段階で決定されることになる。そこで、高位合成における設計上の選択と「温度性能限界」の関係を調査し、温度性能限界を引き上げる高位合成最適化手法を検討、開発する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2018年度においては、実施者の所属機関での役職と業務の関係から、当初予定していた一部の海外学会発表を差し控えざるを得なかったため未使用が生じました。次年度使用については、前年度学会発表できなかった分も含めて、学会発表の機会を増やすことで、事業全体の遂行に支障がないよう計らう予定である。
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| 備考 |
北陸先端科学技術大学院大学先端科学研究科情報科学系金子研究室ホームページ http://www.jaist.ac.jp/is/labs/kaneko-lab/index.php
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