2016 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
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26420303
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
金子 峰雄 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00185935)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| 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 / 最適化 / 製造歩留まり / 基盤バイアス |
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| 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へのクロック到着時刻調整(ＣＳＴ)と基盤バイアス電圧調整による信号伝搬遅延量調整(ＢＢＴ)を連携させた多種複合的動作調整(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り，以下の成果を挙げている．
１．ＰＭＴを構成するＣＳＴとＢＢＴそれぞれに関する回路技術的方式とクロック到着時刻調整量・基盤バイアス電圧調整量の最適化手法の確立を行い，さらにデジタル集積回路における計算処理の中核となるデータパス回路を対象にしたＢＢＴ・ＣＳＴ同時最適化手法の確立した．この手法は，回路構造とＢＢＴに依存した信号遅延量が決めるスキュー制約グラフにおけるクリティカルサイクルがＣＳＴによって達成される性能限界を決める点に注目し，常にクリティカルサイクルを緩和するＢＢＴを繰り返すことで，高性能化のためのクロック到着時刻調整量・基盤バイアス電圧調整量同時最適化を達成するものである．
２．ＰＭＴを製造後の個別チップへ適用するためのテストと調整量決定手法を開発した．実際の集積回路では製造ばらつきだけでなく，動作環境や電源雑音等により動作時ばらつきが存在し，それらに対処するためのタイミング・マージン付き調整量決定法を開発している．
３．ＰＭＴ適用を前提として，適用後の回路性能を最大化する全く新しい回路設計問題に取り組み，データパス回路の高位合成の枠組みと連動した最適化手法を開発し，計算機シミュレーションにより回路性能の向上を確認している．
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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
当初の計画の概要では，平成２６年度において多種複合的動作調整の基本的方式とＢＢＴ，ＣＳＴ同時最適化手法の開発，平成２７年度において実際の製造後チップに対して製造後調整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，平成28年度において製造後調整が最も有効に機能するための回路本体の設計最適化手法の開発を行う予定であった．これに対して，
１．多種複合的動作調整の基本的方式(平成２６年度予定)とＢＢＴ，ＣＳＴ調整量同時最適化の基本手法の開発(平成２６年度予定)を平成２６年度にて終えている．
２．実際の製造後チップに対する調整量決定アルゴリズムの開発(平成２７・２８年度予定)については，一部平成２６年度から先行着手し，調整後の動的変動に対するタイミングマージンまでも考慮した現実的ＣＳＴ調整量の決定アルゴリズムを開発しており，平成２７年度においては，製造ばらつきと製造後調整を模擬する計算機シミュレーションを行って，手法の有効性を検証している．平成２８年度においては，これを更に発展させ，製造後ＢＢＴ・ＣＳＴ同時調整アルゴリズムを開発した．
３．製造後調整が最も有効に機能するための回路本体の最適化手法(平成２７・２８年度予定)について，平成２７年度においてデータパス回路を対象とした製造後ＭＳＴを考慮した回路構造・演算スケジュール最適化手法を開発し，平成２８年度において更に，レジスタ・クラスタリング手法，最適解を保証するための混合整数線形計画法(ＭＩＬＰ)による解法を開発している．
以上の通り，おおよそ当初の計画通りに研究が進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度に開発を行ったレジスタ・クラスタリング手法と混合整数線形計画法(ＭＩＬＰ)による解法について，更なる合成実験と性能評価実験の積み上げと，それによる提案手法の特徴解析を行って，性能限界と今後の課題を明らかにする予定である．
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| Causes of Carryover |
研究協力者(大学院学生)の期待以上の実験遂行能力もあって、当初計画を効率的に実施でき、その成果を国内学会発表している。一方で、そうした学会発表の機会に得られた同分野研究者からの貴重な意見を反映した追加実験等によって、研究目的をより精緻に達成すると共に、その結果を更に学会発表等を通して社会に還元する必要があるため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
学会発表の機会に得られた同分野研究者からの貴重な意見を反映した追加実験のための補助業務への謝金および研究成果の学会発表のための参加費、旅費等に使用する。
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