FET: SHF: Small: Collaborative: Advanced Circuits, Architectures and Design Automation Technologies for Energy-efficient Single Flux Quantum Logic

FET:SHF:小型:协作:用于节能单通量量子逻辑的先进电路、架构和设计自动化技术

基本信息

  • 批准号:
    2008514
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-15 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The critical dependence of the world economy on energy-efficient operations in computing are now almost universally recognized. To this end, advances in “beyond-CMOS” device technologies and corresponding logic families are now seen as a key step towards achieving the next major leap in high-performance computing. The challenges and opportunities described in this research provide directions for developing many aspects of a very promising “beyond-CMOS” technology, which can result in extremely high-performance, yet energy-efficient, computing systems, and thereby ensure sustainability of the information-technology ecosystem. SuperConductive Electronics (SCE) based on the Josephson junction (JJ) Single Flux Quantum (SFQ) logic cells have evolved into a within-reach “beyond-CMOS” technology, with switching speeds in the hundreds of GHz and energy dissipation of 10^-19 or less Joules per transition. The project will enhance business and societal opportunities by producing ultra-high performance and energy-efficient electronics for a wide range of computing fabrics, and in the process will also contribute to enhancing the technological capabilities of the US by providing education and research opportunities to undergraduate, graduate, and underrepresented students by including them in the planned research.This research aims to achieve major strides in the development of advanced circuits, architectures and design-automation technologies in support of large-scale superconductive SFQ digital electronics to meet the needs of future energy-efficient, high-performance exa-scale computing systems. Research on design automation will enable large-scale SCE systems integration. Targeting both DC-powered energy-efficient Rapid SFQ and AC-powered Adiabatic Quantum-Flux-Parametron circuit families, this research aims to solve four key problems associated with the design automation and optimization of SFQ logic circuits, namely: minimization of SFQ circuit retiming to the number of buffers for operating frequency improvement and/or clock-phase consistency; path-balancing technology mapping for sequential SFQ circuits with loops; timing-driven global placement using unique features of SFQ logic families and a powerful mathematical optimization tool; and circuit partitioning to enable effective current recycling.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
现在,几乎所有人都认识到,世界经济对计算机节能操作的严重依赖。为此,“Beyond-Cmos”器件技术和相应逻辑系列的进步现在被视为迈向高性能计算下一次重大飞跃的关键一步。这项研究中描述的挑战和机遇为开发前景非常光明的“Beyond-Cmos”技术的许多方面提供了方向,这种技术可以产生极高性能但节能的计算系统,从而确保信息技术生态系统的可持续性。基于约瑟夫森结(JJ)单磁通量子(SFQ)逻辑单元的超导电子(SCE)已经发展成为一种触手可及的“Beyond-Cmos”技术,开关速度在数百GHz,每次跃迁的能量消耗不超过10^-19焦耳。该项目将通过为各种计算结构生产超高性能和高能效的电子产品来增加商业和社会机会,在此过程中,还将通过将本科生、研究生和代表性不足的学生纳入计划中的研究,为提高美国的技术能力做出贡献。这项研究的目的是在先进电路、架构和设计自动化技术的发展方面取得重大进展,以支持大规模超导SFQ数字电子产品,以满足未来高能效、高性能大规模计算系统的需求。对设计自动化的研究将使大规模的SCE系统集成成为可能。本研究针对直流供电的高能效快速SFQ和交流供电的绝热量子磁通参数电路系列,旨在解决与SFQ逻辑电路的设计自动化和优化相关的四个关键问题,即:最小化SFQ电路的重定时到用于提高工作频率和/或时钟相位一致性的缓冲器的数量;带环路的顺序SFQ电路的路径平衡技术映射;利用SFQ逻辑族的独特功能和强大的数学优化工具进行时序驱动的全局布局;这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Towards AQFP-Capable Physical Design Automation
迈向支持 AQFP 的物理设计自动化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hongjia Li, Mengshu Sun
  • 通讯作者:
    Hongjia Li, Mengshu Sun
TAAS: a timing-aware analytical strategy for AQFP-capable placement automation
TAAS:用于支持 AQFP 的贴装自动化的时序感知分析策略
  • DOI:
    10.1145/3489517.3530487
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dong, Peiyan;Xie, Yanyue;Li, Hongjia;Sun, Mengshu;Chen, Olivia;Yoshikawa, Nobuyuki;Wang, Yanzhi
  • 通讯作者:
    Wang, Yanzhi
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Yanzhi Wang其他文献

Design and Evaluation of Deep Learning Accelerators Using Superconductor Logic Families
使用超导逻辑系列的深度学习加速器的设计和评估
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Qiuyun Xu;Yanzhi Wang;Naoki Takeuchi;Nobuyuki Yoshikawa
  • 通讯作者:
    Nobuyuki Yoshikawa
Dynamics and control of spin entanglement
自旋纠缠的动力学与控制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Qiuyun Xu;Yanzhi Wang;Naoki Takeuchi;Nobuyuki Yoshikawa;井澤佳那子,羽藤英二,菊池雅彦,石神孝裕,川名義輝,杉本保男;寺地徳之,フィオリ アレクサンドレ,桐谷範彦,谷本 智,ゲラール エチェン,小出康夫;小林研介;Zenji Horita;S. Tarucha
  • 通讯作者:
    S. Tarucha
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Yuhui Zhang;Yanzhi Wang;Yu Chen;Ye Lu;Xinliang Wang;Fanyu Kong;Zhihao Wang;Chang Chen;Yi Xu;Yuxin Leng;Hongbo He;J. Shao
  • 通讯作者:
    J. Shao
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    2019
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    $ 20万
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    2019
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    1854213
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    2019
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant

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天然超短抗菌肽Temporin-SHf衍生多肽的构效分析与抗菌机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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相似海外基金

Collaborative Research: SHF: Small: LEGAS: Learning Evolving Graphs At Scale
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Collaborative Research: SHF: Small: Efficient and Scalable Privacy-Preserving Neural Network Inference based on Ciphertext-Ciphertext Fully Homomorphic Encryption
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  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Conference: SHF: Small: NSF Student Travel Grant for 2024 IEEE VLSI Test Symposium
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  • 批准号:
    2334367
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SHF: Small: Semi-supervised Learning for Design and Quality Assurance of Integrated Circuits
SHF:小型:集成电路设计和质量保证的半监督学习
  • 批准号:
    2334380
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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知道了