動的再構成可能なハードウェア・アーキテクチャの研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650381
• Research Institution: The University of Aizu
• Principal Investigator: 黒田 研一 会津大学, コンピュータ理工学部, 教授 (60285046)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 嶋 正利 会津大学, コンピュータ理工学部, 教授 (50325966) ; 小栗 清 会津大学, 工学部, 教授 (80325670)
• Keywords: 非同期回路 / 動的再構成 / プラスティックセルアーキテクチャ

Research Abstract

1)PCAへの非同期回路設計手法の開発
非同期回路の設計には多大の時間と労力を要し、規模が大きな回路ではその検証も容易ではない。これを解決するため、小規模で動作が保証された回路モジュール単位をライブラリとして利用し、これらを要求応答方式の通信経路で接続することで上位の大規模な設計を可能とし、これらのライブラリをベースに多くのアプリケーション開発を進めた。また、PCAに適したビットシリアル処理に基づくシミュレータ開発、回路設計手法を提案した。さらには、設計を容易にするためのGUIレイアウトツール、非同期回路検証ツールの開発を進めた。
2)高集積化デバイス構造の追及
論理LSIに比べて集積度が高いDRAM構造への適合性が高いPCAの利点を生かすべく、フルカスタムレイアウト設計により高集積化の検討を進めてきた。PCA-LSI高速化を目的としてLUT(Look-Up Table)の最適化を検討しその具体的な回路構成を提案した。
3) PCAに適した応用回路の開発
これまで進めてきたライブラリ整備を踏まえてかなり規模の大きな回路設計が可能となった。これらのライブラリはストリーム入力に含まれるコマンドを解釈してその機能を実現する。
・ニューラルネットへの応用:昨年度の成果を発展させ、ニューロン間の動的配線のオーバーヘッド削減、ニューロン数削減の手法としてマキシマムニューロンをPCA上に実装した。
・命令レベル並列プロセッサの設計:昨年度のベクタプロセッサ実装をさらに発展させ、プロセッサユニット数、レジスタ数が命令に応じて可変となる機構を構築した。
・ビットシリアル方式非同期演算回路:パイプライン乗算器、除算器、パイプラインFIRフィルタなどの構成法について検討をすすめた。これらの検討を踏まえ、新たなPCA向けのアーキテクチャを提案した。このアーキテクチャにおいては従来に比べてコンパクトで高速な可変部が期待できる。次世代PCAとして更なる発展をめざす。

Research Products

• [Publications] 鈴木淳, 北道淳司, 黒田研一: "Plastic Cell Architectureにおけるレイアウト情報管理用支援ツールの設計"電子情報通信学会総合大会論文集. (予定). (2003)
• [Publications] 森田裕之, 倉田圭吾, 北道淳司, 黒田研一: "PCAニューラルネットワークにおけるマキシマムニューロンの導入と検討"パルテノン研究会資料集. 21. 45-52 (2002)
• [Publications] 伊藤俊之, 高橋宏章, 山本英邦, 小幡梢, 北道淳司, 黒田研一: "PCAにおけるマスタースレーブ型適応的負荷分散モデルの提案と実装"パルテノン研究会資料集. 21. 19-27 (2002)
• [Publications] 坂本博和, 永本太一, 小佐々武志, 末永雄司郎, 柴田裕一郎, 小栗清: "ビットシリアル非同期シミュレータ"パルテノン研究会資料集. 21. 63-69 (2002)
• [Publications] 小栗清, 佐藤昌浩, 小佐々武志, 永本太一, 柴田裕一郎: "プラスティック・セル・アーキテクチャと非同期ビットシリアルデータパス"パルテノン研究会資料集. 21. 70-78 (2002)
• [Publications] 小佐々武志, 柴田裕一郎, 小栗清: "PCAアーキテクチャのOS機能に関する研究"電子情報通信学会九州支部学生会講演会論文集. 10. D-12 (2002)
• [Publications] 佐藤昌浩, 柴田裕一郎, 小栗清: "PCAによるIPルータ用連想メモリの研究"電子情報通信学会九州支部学生会講演会論文集. 10. D-11 (2002)
• [Publications] 竹本潤一郎, 柴田裕一郎, 小栗清: "Plastic Cell ArchitectureのためのLook-Up-Tableメモリの設計と実装"電子情報通信学会九州支部学生会講演会論文集. 10. C-12 (2002)
• [Publications] H.Takahashi, K.Ono, J.Kitamichi, K.Kuroda: "Perlin Noise Generator on Plastic Cell Architecture"電気関係学会東北支部連合大会論文集. 2A-8 (2002)
• [Publications] T.Ito, M.Ichikawa, K.Ono, J.Kitamichi, K.Kuroda: "A Reconfigurable and Stream-Oriented Vector Processor for Plastic Cell Architecture"電気関係学会東北支部連合大会論文集. 2A-9 (2002)
• [Publications] K.Kurata, H.Morita, J.Kitamichi, K.Kuroda: "Implementation of Neural Network on Plastic Cell Architecture (PCA)"電気関係学会東北支部連合大会論文集. 2A-10 (2002)
• [Publications] N.Sretasereekul, Y.Okuyama, H.Saito, M.Imai, K.Kuroda, T.Nanya: "Flexible Partitioning of DCFGs for Compact Asynchronous Controllers"Proc. of the 2002 Int. Tech. Conf. on Circuits, Systems, Computers, and Communications (ITC-CSCC2002). 3. 1724-1727 (2002)
• [Publications] 倉田圭吾, 森田裕之, 奥山祐市, 北道淳司, 黒田研一: "PCAにおけるニューラルネットワークの実装とその応用"パルテノン研究会資料集. 20. 5-14 (2002)
• [Publications] J.Takemoto, T.Goto, Y.Shibata, K.Oguri: "Design and Implementation of LUTs for Plastic Cell Architecture"Proc. of Int. Symp. Low-Power and High-Speed Chips (COOL ChipsV). 166 (2002)
• [Publications] M.Inamori, H.Nakada, R.Konishi, A.Nagoya, K.Oguri: "A Method of Mapping Finite State Machine into PCA Plastic Parts"IEICE Trans. Fundamentals. E85-A. 804-810 (2002)
• [Publications] 嶋正利, 大田優, 篠崎新, 伊藤和哉: "Java言語を使ったサイクルアキュレイト・プロセッサ・モデリング"電気関係学会東北支部連合大会・講演論文集. 125 (2002)
• [Publications] 伊藤和哉, 篠崎新, 大田優, 嶋正利: "制御部の論理設計に適した真理値表セルライブラリの開発"電気関係学会東北支部連合大会・講演論文集. 21 (2002)