• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実績報告書

超伝導断熱磁束量子パラメトロンを用いた低電力深層学習専用チップの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K15041
研究機関横浜国立大学

研究代表者

陳 オリビア  横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 特任教員(助教) (70837856)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード低消費電力 / 近似計算 / 断熱回路 / 超伝導集積回路 / 機械学習
研究実績の概要

第5期科学技術基本計画(Society 5.0)で新たな「超スマート」社会を実現するために, 基盤技術となる,人工知能や,ビッグデータ解析技術等の強化は不可欠である.しかしながら,半導体回路では,微細化の限界と電力消費の諸問題でムーア法則の限界を迎えており,半導体に比べて革新的に消費電力の低い集積回路が必要となる.このため,量子効果を用いた無散逸な情報保持,及び超伝導配線による充放電フリーな情報伝播という利点を有する超伝導論理回路が注目されている.本研究では似計算であるStochastic Computing(SC)を低電力超伝導回路である断熱的量子磁束パラメトロン(AQFP)に導入することで,初めて1Wで1千兆回演算 (PetaOPS/W)可能な高性能化深層学習専用チップの実現を目指す.本研究で提案するアーキテクチャは,面積効率の良いハードウェアを実現しやすい方式であり,従来のCMOS回路に比べて非常に小さい消費エネルギーで,高性能深層学習チップの実現を可能にする.
本研究の主な研究課題は,①SC演算を用いたAQFP(以下 SC-AQFPと呼ぶ)深層学習専用プロセッサの機能ブロックの設計と評価し,②オンチップ可能なAQFP乱数発生器をプロセッサへ導入と評価を通じて,最終的に③SC-AQFP深層学習専用チップの作製と動作実証への展開である.今年度は,まず①に関する大規模集積回路設計に不可欠な自動化設計環境を完備した.また,構築した自動化設計環境を用いて,小規模深層学習専用プロセッサの設計と評価を行なった.さらに,②に関連して,AQFP 乱数発生器を用いたSC-AQFP深層学習プロセッサユニットの実装と動作確認を行った.以上の成果は,従来のCMOS回路に比べて非常に小さい消費エネルギーで高性能深層学習チップの実現を可能にする.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 6件)

  • [国際共同研究] Northeastern University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Northeastern University
  • [国際共同研究] Taiwan National Tsinghua Univerisity(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      Taiwan National Tsinghua Univerisity
  • [雑誌論文] Low-autocorrelation random number generator based on adiabatic quantum-flux-parametron logic2021

    • 著者名/発表者名
      Luo Wenhui、Takeuchi Naoki、Chen Olivia、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 31 ページ: 1~1

    • DOI

      10.1109/TASC.2021.3070460

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Logic Synthesis of Sequential Logic Circuits for Adiabatic Quantum-Flux-Parametron Logic2021

    • 著者名/発表者名
      Saito Ro、Ayala Christopher L.、Chen Olivia、Tanaka Tomoyuki、Tamura Tomohiro、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 31 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1109/TASC.2021.3061636

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Demonstration of a 47.8GHz High-Speed FFT Processor Using Single-Flux-Quantum Technology2021

    • 著者名/発表者名
      Ke Fei、Chen Olivia、Wang Yanzhi、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 31 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1109/TASC.2021.3059984

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A semi-custom design methodology and environment for implementing superconductor adiabatic quantum-flux-parametron microprocessors2020

    • 著者名/発表者名
      Ayala Christopher L、Saito Ro、Tanaka Tomoyuki、Chen Olivia、Takeuchi Naoki、He Yuxing、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 33 ページ: 054006~054006

    • DOI

      10.1088/1361-6668/ab7ec3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of SFQ convolutional computation processor for convolutional neural network2020

    • 著者名/発表者名
      Fei Ke、 Ao Ren、Yanzhi Wang、Olivia Chen、 Yuki Yamanashi、Nobuyuki Yoshikawa
    • 雑誌名

      IEICE Technical Report

      巻: 119 ページ: 11~13

    • 国際共著
  • [雑誌論文] Improvement for autocorrelation of adiabatic quantum-flux-parametron based random number generator2020

    • 著者名/発表者名
      Wenhui Luo、Naoki Takeuchi、Olivia Chen
    • 雑誌名

      IEICE Technical Report

      巻: 120 ページ: 17~20

  • [雑誌論文] Methodology for Automating Data Feedback Circuit Synthesis for a 4-bit Counter in Adiabatic Quantum-Flux-Parametron Logic2020

    • 著者名/発表者名
      Ro Saito、Christopher L Ayala、 Olivia Chen、 Tomoyuki Tanaka、Tomohiro Tamura、 Nobuyuki Yoshikawa
    • 雑誌名

      IEICE Technical Report

      巻: 119 ページ: 117~119

  • [雑誌論文] Design and Evaluation of a 1-bit Random Number Generator using Adiabatic Quantum-flux-parametron Logic2020

    • 著者名/発表者名
      Wenhui LUO、 Naoki TAKEUCHI、Olivia CHEN、Nobuyuki YOSHIKAWA
    • 雑誌名

      IEICE Technical Report

      巻: 119 ページ: 95~97

  • [学会発表] Towards AQFP-Capable Physical Design Automation2021

    • 著者名/発表者名
      Hongjia Li, Mengshu Sun, Tianyun Zhang, Olivia Chen, Nobuyuki Yoshikawa, Bei Yu, Yanzhi Wang, Yibo Lin
    • 学会等名
      2021 Design, Automation, and Test in Europe (DATE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Low-Autocorrelation Random Number Generator using Adiabatic Quantum-Flux-Parametron Logic2020

    • 著者名/発表者名
      Wenhui Luo, Naoki Takeuchi, Olivia Chen, and Nobuyuki Yoshikawa
    • 学会等名
      2020 Applied Superconducitivity Conference (ASC)
    • 国際学会
  • [学会発表] Logic Synthesis of Sequential Logic Circuits for Adiabatic Quantum-Flux-Parametron Logic2020

    • 著者名/発表者名
      Saito Ro, Ayala Christopher L, Chen Olivia,Tanaka Tomoyuki, Tamura Tomohiro, Yoshikawa Nobuyuki
    • 学会等名
      2020 Applied Superconducitivity Conference (ASC)
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of a 47.8GHz High-Speed FFT Processor Using Single-Flux-Quantum Technology2020

    • 著者名/発表者名
      Fei Kei, Olivia Chen, Nobuyuki Yoshikawa
    • 学会等名
      2020 Applied Superconducitivity Conference (ASC)
    • 国際学会
  • [学会発表] An AQFP-Based Neural Network Accelerator with On-Chip Stochastic Number Generation2020

    • 著者名/発表者名
      Olivia Chen, Wenhui Luo, Yanzhi Wang, Naoki Takeuchi, and Nobuyuki Yoshikawa
    • 学会等名
      2020 Applied Superconducitivity Conference (ASC)
    • 国際学会
  • [学会発表] ASAP: An Analytical Strategy for AQFP Placement2020

    • 著者名/発表者名
      Y. -C. Chang, H. Li, O. Chen,Y. Wang, N. Yoshikawa, T. -Y. Ho
    • 学会等名
      2020 IEEE/ACM International Conference On Computer Aided Design (ICCAD)
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi