2017 Fiscal Year Research-status Report
Bit-write minimizing codes for non-volatile memories and their application to normally-off computing
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17K19986
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
戸川 望 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30298161)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 不揮発メモリ / 書込み削減符号 / 符号化 / ノーマリオフ計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ノーマリオフ計算の中心的役割を果たすものに不揮発メモリがある．不揮発メモリは，通常の揮発メモリと同様な動作速度を持った上で，電源オフ状態でメモリ内容を消失しないことを特長とする．ところが不揮発メモリは，ビット読出しに比べ，ビット書込みエネルギーが1 桁以上も大きく，その成否は「不揮発メモリの書込みビットをいかに削減するか」にある．本研究では，誤り訂正符号の見方を逆転させ，真値と各誤り値の「差分」こそが情報を持つという挑戦的なアイデアのもと，実際に書込みビット数を最小化する符号を構築し，その符号をもとにした不揮発メモリシステムを構築し，さらに符号に誤り訂正能力を付加する．不揮発メモリエネルギーを削減するノーマリオフ計算の実現を目的とする．平成29年度は，まず応募者の理論的アイデアを具体化するための基礎研究として【ステップ1】および【ステップ2】を実施した．
【ステップ1】「書込みビット削減符号の構成」では，書込み削減符号を構成する．予備実験の成果より，まずは完全誤り訂正符号を用いると，データ長l，符号語長n，最大書込みビット数t を理論的に最適化する書込み削減符号を構築できることを証明している．そこで第一に，完全誤り訂正符号としてハミング符号等を取り上げ，これらをもとに理論的最適な書込み削減符号を実際に構成した．続いてこれを拡張し，非完全な誤り訂正符号の最適性と適用可能性について検討し，書込み削減符号を実際に構成した．
【ステップ2】「書込み削減符号を用いた不揮発メモリシステムの構築・評価」では，【ステップ1】で構築したビット書込み削減符号に対し，符号化器と復号化器を設計し，これに不揮発メモリセルを加え，不揮発メモリシステムを設計した．各種符号化パラメータおよびデータセットを用いたシミュレーション評価し，十分な性能が出ることを確認した．
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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
上述の通り，平成29年度は【ステップ1】と【ステップ2】を実行し，完全誤り訂正符号や不完全誤り訂正符号を取り上げ，これらをもとに理論的最適な書込み削減符号を実際に構成した．理論的な考察と共に，シミュレーション評価も行い，その有効性を確認している．
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| Strategy for Future Research Activity |
次の段階として，平成30年度には，ビット書込み削減と同時に誤り訂正能力を持つ符号の構築に取り掛かる．元データに対応する符号語同士が「近い」距離であると同時に，符号語同士が互いに一定の距離以上離れている符号を構築する必要がある．ここでの最大の問題は「n ビット符号空間において，互いに最大距離と最小距離がともに制限された符号語の集合をいかに構築するか」にある．誤り訂正符号の各真値をクラスタ化し，冗長性を担保することでこれを実現することを考え，当初の目的を達成する予定である．
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| Causes of Carryover |
シミュレーション評価のための計算機設置について，既存設備を流用したため，当該年度の仕様研究費に残額が出た．次年度には，当初予定の計算機購入を行い，シミュレーション評価を行う予定である．
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