2013 Fiscal Year Annual Research Report
粗粒デバイスのための新規情報処理アーキテクチャの開拓
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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| Project/Area Number |
25110015
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
浅井 哲也 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (00312380)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大矢 剛嗣 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30432066)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 粗粒素子 / 雑音 / 確率共鳴 / アーキテクチャ / 単電子回路 |
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| Research Abstract |
粗粒素子の回路応用の基礎となるアーキテクチャ設計学の基礎を整えた。具体的には、研究代表者の発案による「ゆらぎを利用する脳型アーキテクチャ」と「確率共鳴ゲート」を大規模化して回路応用につなげるために、A01-03班の粗粒分子素子の粒度を考慮しながら、系統立てて回路設計ができるような設計基盤を整えた。同時に、確率共鳴ゲートを用いた非同期式論理回路の設計手法をほぼ確立した。
さらに、分子粗粒素子と同程度の粒度を持つCMOSによる回路動作の実証を行った。分子粗粒素子をいきなり回路に組み込むことは難しいと思われるため、本年度は作成・制御が容易なCMOS回路(分子粗粒素子の等価回路)を試作(外注)して回路動作の実証を行った。CMOS回路の電源電圧を極限まで下げた状態(素子ゆらぎがあわられる状態)での電力評価、安定性評価を行った結果、シミュレーションと同質の低電力動作が得られることがわかった。
また、単一分子素子(粗粒素子)を用いた確率共鳴ゲートの要素回路設計を行った。具体的には、研究分担者の専門分野である単一電子回路技術をもとに、確率共鳴ゲートの要素回路設計と検証を行った。クーロンブロッケードに基づく単一電子回路の設計・シミュレーション技法は単一分子素子にも適用可能であり、これまでの知見を活かして確率共鳴ゲートの分子モデルを構成した。具体的には、過去に構築した単電子確率共鳴ゲート回路、ドミノ論理回路、粘菌に学んだ情報処理回路等を構成し、単一分子素子回路への応用展開について考察した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
確立共鳴ゲートについては、非同期式の論理回路設計法がほぼ確立したため、その実環境でのデモンストレーション・評価とまとめ、およびその分子ナノ素子への応用が残された課題である。分子ナノ素子への応用については、次年度以降の検討事項となる。
CMOSによる疑似粗粒素子を用いたデジタルシステムの評価についても、概ね期待通りの評価結果が得られており、次年度以降の研究に支障はない。
単電子素子を用いた情報処理については、幾つかのシステムを示せているものの、具体的な分子素子の置換手段についてはまだ未検討であり、その実現性について不透明感がある。次年度以降、班間の連携によりその不透明な部分を明らかにしてゆく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
全年度に引き続き、脳に学んだ粗粒素子・分子ナノ素子のためのアーキテクチャの開拓は進めてゆく。その過程で、班間の連携により、各班が有する素子単体やネットワークの性質を理解した上で、積極的にそれらを情報処理アーキテクチャに取り込んでゆく。ただし、アーキテクトからの要求として、受動素子だけで情報処理システムを組むことは不可能であり、電子回路の増幅器に相当する分子ナノ素子を明確化することを各班に訴えてゆく。化学反応における自己触媒反応は、電子回路の増幅に相当するものであるが、情報処理の状態変数を電荷に限らなければ、自己触媒反応を使った情報処理が可能かもしれない。
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