| 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 – 2024-03-31
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| キーワード | 同期式デジタル回路 / クロックスキュー / 信号伝搬遅延 / 温度依存性 / 混合整数線形計画法 / セットアップ条件 / ホールド条件 / クロック分配 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、デジタル集積回路において、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スキュー調整回路を導入することにより、信号遅延の温度依存性の影響を温度依存タイミングスキューにて補償して集積回路の高性能化を達成しようとするものである。これまで、対象回路内均一温度を前提として、温度変動に対する信号遅延変動のモデル化（提案時課題１）、対象回路の温度依存性とスキュー生成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開発（提案時課題２、３）、データパス回路への遅延温度依存性のスキュー補償を前提とした回路及びスキュー温度依存性の設計最適化手法開発（提案時課題４）を行って来た。
当該年度においては、課題２及び４の更なる発展として、より精緻な温度変化への対応を目指し、対象回路（チップ）内温度ばらつきを考慮した回路設計・スキュースケジュール同時最適化について検討を行った。データパス回路を対象とし、回路動作の基本的なタイミングを決定する設計段階である高位合成に注目し、（１）演算の演算器割当（バインディング）に依存して決まる演算器毎の活性化率に基づく温度ばらつきモデル並びに演算遅延ばらつきモデルの導入、（２）演算の演算器割当、変数のレジスタ割当に依存する必要十分なホールドタイミング条件生成、（３）コントロールステップ単位の演算スケジューリングと実数レベルのタイミングスキューによるセットアップタイミング条件・ホールドタイミング条件生成に特徴を持つ高位合成定式化を行った。次いで、（４）回路・スキュー最適化の混合整数線形計画問題としての定式化とソルバーを使った合成実験を行い、設計手法の妥当性、有効性を検証した。この成果は、『チップ内温度ばらつきの時間的変動』の問題を議論するための重要な基礎となるものである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
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。これに対して、第１年目、第２年目において課題１、課題２、課題３をほぼ解決し、第３年目、第4年目においては、課題４に関係して設計最適化問題一つの考え方、ならびに具体的な一設計問題解法としての混合整数線形計画手法の援用を提案した。このように、本事業に関する当初の予定をほぼ達成した上で、当該年度（第5年度）においては、より精緻な温度変化への対応を目指し、対象回路（チップ）内温度ばらつきを考慮した回路設計・スキュースケジュール同時最適化についての一手法を提案している。この成果は、更にこの後の『チップ内温度ばらつきの時間的変動』への対処を議論する上で、一つの重要な基礎となるものである。
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| 今後の研究の推進方策 |
チップ内均一温度を前提に、その温度変化に対する当初の研究課題に対するこれまでの研究成果を踏まえた上で、当該年度（第5年度）において、より精緻な温度変化への対応を目的として、対象回路（チップ）内温度ばらつきを考慮した回路設計・スキュースケジュール同時最適化についての一手法を提案した。そこでは、演算の演算器割当に依存して決まる活性度に依存した静的温度分布を対象とした回路・タイミングスキュー最適化を図ったが、更にこれを動作環境変化、演算器活性度の動的変化などに起因する『チップ内温度ばらつきの時間的変動』への対処に関する議論へ発展させ、あらゆる環境・回路状態においても、回路の性能が最大限に引き出されるための回路・タイミングスキュー設計について検討を進める予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の計画では、2022年度において研究補助者を使ってのプログラム開発や実験データ収集、ならびに国際会議や国内会議での研究発表を想定していたが、新型コロナウイルス感染対策によって、研究補助者の確保や会議出席の機会が制限され、未使用分が生じることとなった。
次年度使用については、設計理論に基づくＥＤＡソフトウエア開発や回路設計実験・検証の充実を図るための実験用計算機システム購入や研究補助者への謝金として使途することで当初予定を越える成果を挙げ、論文発表の機会を増やすよう、事業を推進する計画である。
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