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Beyond-CMOSを用いた超低消費電力・高速集積回路・アーキテクチャ技術

采用Beyond-CMOS的超低功耗、高速集成电路和架构技术

基本信息

批准号：
20K21791
负责人：
菅原聡
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロプロセッサやSoCなどのCMOSロジックシステムにおいて，0.2V程度の超低電圧駆動は大幅な消費電力の削減を期待できるが，従来のCMOS技術ではトランジスタの電流駆動能力の低下にともなう速度性能の劣化が著しく用途が限られる．Beyond-CMOSの１つであるPiezoelectronic transistor　(PET)は，金属的に低抵抗の状態と，絶縁体的に高抵抗の状態の2つの状態を，低電圧で容易に遷移できる超低電圧駆動・高電流駆動能力トランジスタである．本研究課題では，このPETをBeyond-CMOSの一つのモデルケースとして，0.2V程度の超低電圧におけるGHz級動作が可能な超低電力・高速ロジックシステムの回路・アーキテクチャ技術の開発を行う．本研究で開発する技術はPETと同様のトランジスタ性能を有するBeyond-CMOSであれば，共通に応用できる基盤技術となる．本年度は，これまでに開発してきたPETを用いたSRAMやFFなどの基本記憶回路技術の詳細の検討を行った．はじめにSRAMについて，高電流駆動能力設計と低リーク設計の2種類のPETを設計して，これらのPETを用いてSRAMセル(低電圧セル)および周辺回路を構成し，0.2Vの駆動電圧で，上記2種類のPETを用いて性能を再検証した．高電流駆動能力設計では，1GHz以上の動作周波数を実現し，平均電力を50%程度削減できることを明らかにした．低リーク設計のPETでは，高電流駆動能力設計の8割程度の動作周波数となるが，平均電力を90%程度削減できることを示した．また，同様にFFについても検討を行った．PETを用いてマスタースレーブ型FFを構成し，ゲートを構成するチャネル数と，バックゲート効果を考慮して，遅延と電力の関係を明らかにし，PETを用いたFFの最適設計法を示した．

MAXIMUM SoC SoC CMOS CMOS sensor, ultra-low voltage at 0.2V level, can significantly reduce power consumption. Looking forward to it, the CMOS technology that comes with it has a low current drive capability, a deterioration in speed and performance, and a limited use. Beyond-CMOSの１つであるPiezoelectronic transistor (PET), metal has a low resistance state, and insulator has a high resistance state. 2. In this state, it is easy to migrate due to low voltage. Ultra-low voltage operation and high current operation capability are available. The subject of this research is the ultra-low voltage of PET and Beyond-CMOS, which is around 0.2V. Ultra-low power, high-speed ロジックシステムのcircuit, and アーキテクチャtechnology の开発を行う． This research is based on the development of PET technology, the performance of the same Beyond-CMOS technology, and the shared base technology of the technology. This year, we will use the basic memory circuit technology of SRAM and FF to open the PET system in detail.はじめSRAM について, high current drive capacity design and low リーク design 2 types of PET を design して, これらのPET を use いてSR AM voltage (low voltage voltage) has a peripheral circuit structure, a 0.2V electric voltage, and the performance of the above 2 types of PET has been re-certified. The high current operating capacity is designed, the operating frequency of 1GHz or above is low, and the average power is reduced by 50%. Low-power PET design, high-current drive capacity design, 8-cut operating cycle, and average power reduction of 90%.また, Same as 様にFFについても検検行った． PET is made of いてマスタースレーブ type FFを, ゲートを is made of するチャネルnumber, バックゲーThe effect is considered, the relationship between electricity and power is clearly understood, and the optimal design method of FF is used for PET.

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ボディバイアス制御ULVR-SRAMの設計と解析

体偏置控制ULVR-SRAM的设计与分析

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nose Junya;Cong Youyou;Masuhara Hidehiko;斎藤修平，塩津勇作，原拓実，山本修一郎，菅原聡
通讯作者：
斎藤修平，塩津勇作，原拓実，山本修一郎，菅原聡

バルクデバイスを用いた超低電圧リテンションFlip-Flopの設計と解析

使用大容量器件的超低电压保持触发器的设计和分析

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
松﨑翼，塩津勇作，山本修一郎，菅原聡
通讯作者：
松﨑翼，塩津勇作，山本修一郎，菅原聡

新型超低電圧リテンションSRAM (ULVR-SRAM)セルの提案

新型超低电压保持 SRAM (ULVR-SRAM) 单元的提案

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yoshiaki Inoue;Daisuke Hisano;Kazuki Murata;Yuko Hara-Azumi;Yu Nakayama;伊藤克俊，塩津勇作，山本修一郎，菅原聡
通讯作者：
伊藤克俊，塩津勇作，山本修一郎，菅原聡

超低電圧リテンションSRAMのパワーゲーティング性能とアーキテクチャ

超低电压保持 SRAM 的功率门控性能和架构

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kiyohide Usami;Riki Matsumoto;Anna Korzeniewska;Akihiro Shimotake;Masao Matsuhashi;Takuro Nakae;Takayuki Kikuchi;Kazumichi Yoshida;Takeharu Kunieda;Ryosuke Takahashi;Nathan Crone;Akio Ikeda;矢野広気，塩津勇作，山本修一郎，菅原聡
通讯作者：
矢野広気，塩津勇作，山本修一郎，菅原聡

ボディバイアス効果を用いたULVR-SRAMセルの設計とそのパワーゲーティング性能

利用体偏置效应的ULVR-SRAM单元设计及其功率门控性能