2014 Fiscal Year Research-status Report
新世代ナノ集積回路のための多重複合型製造後調整の理論と設計
| Project/Area Number |
26420303
|
|---|
| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
金子 峰雄 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 教授 (00185935)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 集積回路 / デジタル回路 / クロックスキュー / 製造ばらつき / 信号伝搬遅延 / 設計最適化 / 製造歩留り |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，集積回路の製造ばらつきによる動作タイミング誤りの問題に対して，製造後の個別チップに対するフリップフロップ(ＦＦ)へのクロック到着時刻調整(以下ＣＳＴ)と基盤バイアス電圧調整による信号伝搬遅延量調整(以下ＢＢＴ)を連携させた多種複合的動作調整(以下ＰＭＴ)により，ばらつきを克服して性能向上を実現する技術の確立を目的としたものである．平成26年度の主な成果は以下の２点に要約される．
１．製造後の個別チップに対する信号伝搬遅延情報が全て入手でき，かつＢＢＴによる電圧調整とＣＳＴによるスキュー調整が連続値的に行われるとの理想的な状況を仮定し，ＢＢＴによる信号経路毎の最大，最小信号伝搬遅延量の調整とＣＳＴによるＦＦへのクロック到着時刻調整とを同時に設計する手法を開発した．問題の定式化には，各ＦＦを頂点とし，ＦＦ対間での正しい動作タイミングを規定するセットアップ条件，ホールド条件に対応して辺を設けた有向グラフ(スキュー制約グラフ)を使う．ＢＢＴによる信号伝搬遅延量の調整がグラフの辺重みの変化として現れることと，ＣＳＴのためのスキュー調整量がスキュー制約グラフ上での最大パス長計算に帰着されることに注目し，スキュー制約グラフが正サイクルを持たないことを制約条件とする基盤バイアス電圧調整最適化問題として捉え，発見的解法を導いている．
２．実際のＰＭＴ適用に当たっては，ＢＢＴやＣＳＴによる調整量は離散的であり，かつまた製造後の個別チップに対する完全な情報を持つことは非常に難しい．実用的調整量決定手法開発の第一段階として，ＣＳＴのみに注目し，個別チップに対して遅延テスト結果をスキュー調整量修正にフィードバックする方式のスキュー調整アルゴリズムを開発した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画の概要では，平成２６年度において遅延情報が全て揃っている状況でのＢＢＴ，ＣＳＴ同時最適化手法の開発，平成２７年度においてＢＢＴ，ＣＳＴ同時最適化が最も有効に機能するための回路本体の最適化手法の開発，平成２８年度において実際の製造後チップに対してＰＭＴを適用するための情報収集から調整量決定アルゴリズムの開発を予定していた．これに対して平成２６年度の成果は，遅延情報が全て揃っている状況でのＢＢＴ，ＣＳＴ同時最適化手法の開発とＣＳＴのみを適用する場合の現実的ＣＳＴ調整量の決定アルゴリズムの開発であり，当初の平成２６年度予定をほぼ完了するとともに平成２８年度予定の一部を先行実施している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
製造ばらつきは一般にチップ毎に異なっており，チップ製造後のＣＳＴ・ＢＢＴ同時最適化によって達成される回路性能はチップ毎に異なることになる．その統計的特徴(例えば平均値など)はもともとの回路設計に依存して大きく変わると考えられる．平成２７年度においては，平成２６年度にて得られたＢＢＴ，ＣＳＴ同時最適化問題定式化とその解法を基にして，ＰＭＴ向き回路最適化に取り組む．具体的には，主にデータパス回路を対象に，ＰＭＴ適用後の正常動作歩留りやＰＭＴ適用後の平均速度電力比を最大化する回路合成問題を高位合成の枠組みを利用して定式化し，その解法を与えることにより，ＰＭＴ向け回路最適化手法を確立する．
一方，実際にＰＭＴを製造後の個別チップに適用する際には，調整量決定のための情報をチップから得る必要がある．平成２８年度においては，テストや計測を通して実際の回路から必要な情報を得るプロセスも含めて，ＣＳＴ・ＢＢＴ調整量を決定する手続きを考案する．テストや計測に要するコストと限られた情報から調整量を算出することによる調整量の準最適性との間のトレードオフに注目して，実用的な調整手続きを開発することを目指す．なお，手法の検証は，回路実装実験が難しいことから，計算機シミュレーションを利用することとし，このための計算機ソフトウエア開発も同時並行的に進める計画である．
|
| Causes of Carryover |
当初の計画では，「大規模集積システム設計用計算機システム」を導入した上で，実験補助者と協力して，集積システム設計のためのソフトウエア開発を実施する予定であったが，プログラムの開発初期段階に当たり，実験補助者が普段から使い慣れた計算機環境の下でプログラム開発をスタートさせることを希望したこと，また，初期試験的開発を進めて得られる知見に基づいて本開発で必要な計算機スペックの詳細を見定めた上で「大規模集積システム設計用計算機システム」を調達するのが適切と判断したことから，「大規模集積システム設計用計算機システム」の導入を次年度に延期したため．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該年度において調達を見送った「大規模集積システム設計用計算機システム」を次年度にて導入し，集積システム設計ソフトウエアの本格開発に利用する予定である．
|
