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Development of a high-speed and ultra-low-power die-hard logic LSI fundamental technology for IoT applications

开发适用于物联网应用的高速、超低功耗顽固逻辑LSI基础技术

基本信息

批准号：
21H04868
负责人：
羽生貴弘
金额：
$ 26.96万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

電力消費の増大によるAI（artificial intelligence）ハードウェア実現の壁を克服し，さらなる性能向上（エネルギー効率の向上）を達成してIoT（Internet-of-Things）応用展開をより一層推進するためには，従来型同期式ディジタルCMOS回路技術一辺倒でなく，不揮発記憶素子を用いた不揮発性ロジックや非同期式ロジックなどポストCMOSロジックを併用し，CMOSロジックの優位性（広い動作マージンを有する安定動作）との相乗効果を追求するアプローチが重要である．本課題では，ポストCMOSロジックによる高速・超低消費電力性を生かしつつ，そのLSI実装上不可欠な製造ばらつき等に対する正常動作を補償する頑健な回路技術の基盤を開発する．特に，IoT応用として社会実装するためには，実世界環境への適用性が必須となる．そのため，実世界環境の変化に応じて回路動作が自律的に最適化できるダイ・ハードな回路技術の基盤技術を構築することを目的としている．この研究課題の遂行へ向けた本年度の具体的な取組として，以下の研究項目に着手した．１）まず，非同期式回路などポストCMOS回路に関して，先端的なLSI製造技術動向も見据えた課題抽出を行った．２）また，ポストCMOS回路の動作ばらつきの実態調査とはらつき補正機能回路のモデル化を行った．具体的には，トランジスタの重要なパラメータである「しきい値電圧」について，そのばらつきの影響が顕著な典型的回路構成として，差動型アンプを取り上げ，その基本動作のモデル化について検討した．このモデル化については，しきい値電圧ばらつきの影響が出る基本原理とそれを解決する補正回路構成の基本原理について検討を進めた．③上記回路モデルについて，雛形チップ試作による実証へ向けたチップ設計を行う計画だった．しかしながら，コロナ禍のため半導体の供給が制限されたため，チップ設計へ向けた半導体製造工程に関する手続きを繰り越す結果となった．

AI due to increase in electricity consumption (artificial intelligence)(1) The goal of IoT is to achieve the goal of IoT.(Internet-of-Things)-CMOS circuit optimization (circuit optimization) and phase optimization (circuit optimization) The subject is to develop a robust circuit technology substrate for CMOS devices with high speed and ultra-low power consumption. In particular, IoT applications and social installations are essential to the applicability of the global environment. The world environment is changing, the loop motion is self-optimizing, the loop technology is building, and the goal is to optimize the loop technology. This year's specific research group was selected for the implementation of this research project. The following research projects were started: 1) asynchronous circuit, CMOS circuit, advanced LSI manufacturing process trend, etc. 2) operation of CMOS circuit, investigation of actual situation, correction of functional circuit, etc. Specifically, it is important to consider the influence of the voltage on the circuit structure. The differential circuit structure is selected from the upper part of the circuit structure, and the basic operation of the circuit is discussed. The basic principle and solution of the influence of the voltage fluctuation on the structure of the correction circuit are discussed. (3) Record the loop design, prototype design and implementation plan. For example, if the semiconductor supply is limited, the semiconductor production engineering will be completed.

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Dynamic Power-Gating-Switch Control Technique and Its Application to an Energy-Efficient Embedded STT-MRAM

动态功率门控开关控制技术及其在节能嵌入式STT-MRAM中的应用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Fangcen Zhong;Masanori Natsui;and Takahiro Hanyu
通讯作者：
and Takahiro Hanyu

Prospects of MTJ-Based Nonvolatile Logic-in-Memory Circuits and Their Applications to AI Hardware

基于MTJ的非易失性内存逻辑电路及其在AI硬件中的应用前景

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kong Lingling;Hoshi Namiko;Sui Yunlong;Yamada Yasutaka;Yoshida Ryutaro;Ooi Makoto;Tian Zibin;Kimura Ikuo;Kodama Yuzo;Takahiro Hanyu
通讯作者：
Takahiro Hanyu

Challenge of MTJ-Based Nonvolatile Logic-in-Memory Circuits and Their Applications

基于MTJ的非易失性内存逻辑电路及其应用的挑战