リング発振器に基づく,超低消費電力・スケーラブル・タイムドメイン連想メモリの研究

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22560331
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: マタウシュ ハンスユルゲン 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 教授 (20291487)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 連想メモリ / 認識 / リング波新規 / タイムドメイン / VLSI

研究概要

パターン距離の周波数/時間領域のマッピング概念を連想メモリ集積回路の最小距離検索機能を最適化するために検討した。結果として、小型のデザインルールと低電源電圧へのスケーラビリティ、高検索信頼性および高検索速度を有する集積回路のアーキテクチャを開発した。最近傍 Hamming 距離検索のため 180nm CMOS で実現した性能は 0.64 μW/bit 低消費電力と 0.91 ps/bit 高速検索時間である。これは、ディジタル回路として以前に実現された連想メモリの報告データより 10 倍以下低消費電力と 25%以上早い検索時間である。65nm の CMOS 技術を用いることで更なる改善として<52nW/bit 低消費電力と 381fs/bit の高速検索を実現した。また、エラーフリーの検索を、すべての検索ケースの場合、勝者パターンと入力パターンの距離150まで達成できた。最大の勝者パターンと入力パターンの距離及び最小の勝者パターンと敗者パターンの距離に対しても、低エラーレート 1.6%以下を測定した。最後に、距離をクロック数にマッピングする概念に基づく完全なディジタル新たな連想メモリアーキテクチャを発明した。

研究成果

• [雑誌論文] High Speed Frequency -MappingBased Associative Memory using Compact MultiBit Encoders and a Path-Selecting Scheme (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Sasaki, M. Yasuda, A. Kawabata, T. Koide, and H.J. Mattausch
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol. 51, No. 4 ページ: 04DE05-1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Analysis of Within-Die Process Variation in 65 nm and 180 nm CMOS Technology Including its Distance Dependences (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ansari, W. Imafuku, M. Yasuda, H. J. Mattausch, and T. Koide
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol. 51, No. 4 ページ: 04DE03-1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Associative Memory for Nearest-Hamming Distance Search Based on Frequency Mapping (2012)
  • 著者名/発表者名: H.J. Mattausch, W. Imafuku, A. Kawabata, T. Ansari, M. Yasuda and T. Koide
  • 雑誌名: IEEE Journal of Solid-State Circuits 巻: Vol. 47, No. 6 ページ: 1448-1459
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of Within-Die CMOS-Process Variation withReconfigurable Ring-Oscillator Arrays using HiSIM Model (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Ansari, W. Imafuku, A. Kawabata, M. Yasuda, T. Koide, and H. J. Mattausch
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol. 50, No. 4 ページ: 04DE05
  • 査読あり
• [学会発表] Digital Associative Memory for Word-Parallel Manhattan-Distance-Based Vector Quantization (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Sasaki, M. Yasuda, and H.J. Mattausch
  • 学会等名: Proceedings of the 38thEuropean Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC,2012)
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Compact Multi-Bit Encoder for High Speed Frequency-Mapping Associative Memory (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Sasaki, M. Yasuda, A. Kawabata, T. Koide, and H.J. Mattausch
  • 学会等名: Extended Abstracts of the 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM'2011)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] A 381 fs/bit, 51.7 nW/bit Nearest Hamming-Distance Search Circuit in 65 nm CMOS (2011)
  • 著者名/発表者名: H.J. Mattausch, M. Yasuda, A. Kawabata, W. Imafuku, and T. Koide
  • 学会等名: 2011 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers (VLSI 2011)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2011-06-17
• [学会発表] Low-Complexity Time-Domain Winner-Take-All Circuit with High Time-Difference Resolution Limited only by With-In-Die Variation (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Yasuda, T. Ansari, W. Imafuku, A. Kawabata, T. Koide, and H.J. Mattausch
  • 学会等名: Extended Abstracts of the 2010 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM'2010)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Low-Power Word- Parallel Nearest-Hamming-Distance Search Circuit based on Frequency Mapping (2010)
  • 著者名/発表者名: H.J. Mattausch, W. Imafuku, T. Ansari, A. Kawabata, and T. Koide
  • 学会等名: Proceedings of the 36thEuropean Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC,2010)
  • 発表場所: Seville, Spain
  • 年月日: 2010-09-16
• [産業財産権] ユークリッド距離連想メモリ (2013)
  • 発明者名: H.J. Mattausch,他
  • 権利者名: 広島大学
  • 産業財産権番号: 2013-25465
  • 出願年月日: 2013-02-13
• [産業財産権] マンハッタン距離連想メモリ (2012)
  • 発明者名: H.J. Mattausch,他
  • 権利者名: 広島大学
  • 産業財産権番号: 2012-183975
  • 出願年月日: 2012-08-23
• [産業財産権] 連想メモリ (2011)
  • 発明者名: H.J. Mattausch,他
  • 権利者名: 広島大学
  • 産業財産権番号: 2011-243733
  • 出願年月日: 2011-07-07