スピントロニクスベース高性能・省電力・高信頼IoTセンサノードの基盤研究開発

基于自旋电子学的高性能、节能、高可靠物联网传感器节点的基础研究与开发

• 批准号: 21H03405
• 负责人: 夏井 雅典
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03405/
• 关键词: 集積回路; IoT; 不揮発ロジック; スピントロニクス; 高信頼化

本年度は，IoTセンサノードの高性能化・省エネルギー化，高信頼化それぞれの達成に必須となる以下の要素技術について，そのさらなる高度化に向けた以下の研究を並行的に推進した．1．不要なエネルギー消費を徹底的に排除する細粒度パワーゲーティング（PG）技術：IoTセンサノードに想定される多様な動作環境の変化に応じて適切な電源供給の制御を可能とする動作環境適応型PGスイッチ制御技術に関して，所望の機能を実現するための回路構造の具体的な設計と性能評価を行った．複数のパワースイッチを並列接続し，動作環境に応じて決定される制御信号により適切なパワースイッチ動作を適用することで，パワーゲーティング前後における貫通電流や電源電圧変動を抑制可能であることを確認するとともに，その省面積化における課題を明らかにした．2．多様な動作環境における安定動作を保証する高信頼要素回路技術：NV-LIM回路の省エネルギー性の本質である不揮発記憶機能を司るもっとも重要な要素回路である，不揮発フリップフロップ（NVFF）の高信頼化について，前年度までに作成したRTLモデルを活用した小規模回路モジュールの設計を行った．3．高エネルギー効率な演算処理を可能とするIoTセンサノード向けアクセラレータ技術：センサノードにおいて多用される演算処理の高速化を目的としたアクセラレータ回路の構成方法について，アクセラレータ制御命令および不揮発記憶制御命令を備えたCPUを新たに設計し，その有効性を明らかにした．

This year, it is necessary to achieve high performance and cost-effectiveness of IoT technology and high-definition technology.となるThe following element technology is being developed, and the そのさらなるhigher technology is being promoted in parallel with the following けたのresearch. 1． Don't use it as a thorough consumption method and eliminate it as a fine-grained one (PG) ）Technology: IoT センサノードに成される多様なactionenvironmentの変化に応じてAdaptationなPower supply control technology is possible and the operating environment is suitable for type PG control technology. , the desired function has been realized, and the specific design and performance evaluation of the circuit structure have been carried out. Plural numbers are connected in parallel, and the action environment is determined by the system. Royal Signal により Adaptable なパワースイッチaction をApply することで,パワーゲーティング Front and back におけるPenetration current やPower supply voltage movement をSuppression possible であることをConfirmation するとともに, そのprovincial area expansion における issue を明らかにした． 2. Multi-operation environment, stable operation, guaranteed operation, high confidence factor circuit technology: NV-LIM circuit's essential features, non-displaying memory function, and important factors Loop である, NVFF の高信頼化について, previous year Made by までにしたRTL モデルをutilized したsmall-scale loop モジュールのdesign を行った. 3. High-efficiency calculation processing is possible and the IoT system is equipped with a high-efficiency algorithm Reliable technology: センサノードにおいてMulti-purpose algorithm processing and high-speed processing The method of structuring the アクセラレータ circuitについて, the アクセラレータ control command およびdoes not wave The memory control command has a new design and a new CPU design, and the effectiveness of the memory control command is clear.

项目成果

MTJベース量子化ニューラルネットワークハードウェアの書込みエネルギー削減手法に関する研究

基于MTJ的量化神经网络硬件写入能量降低方法研究

• 发表时间: 2022
• 作者: F. Zhong;M. Natsui;and T. Hanyu;東京工業大学（発表者 寺田暁彦）;浅野健，夏井雅典，羽生貴弘
• 通讯作者: 浅野健，夏井雅典，羽生貴弘

Design of a highly reliable nonvolatile flip-flop incorporating a common-mode write error detection capability

具有共模写入错误检测功能的高可靠非易失性触发器的设计

• DOI: 10.35848/1347-4065/abdcb0
• 发表时间: 2021
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: M. Natsui;G. Yamagishi;and T. Hanyu
• 通讯作者: and T. Hanyu

Energy-Efficient Nonvolatile RISC-V CPU with a Custom Instruction-Controlled Accelerator

具有定制指令控制加速器的节能非易失性 RISC-V CPU

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Sakamoto;M. Natsui;and T. Hanyu
• 通讯作者: and T. Hanyu

Dual-Port Field-Free SOT-MRAM Achieving 90-MHz Read and 60-MHz Write Operations under 55-nm CMOS Technology and 1.2-V Supply Voltage

双端口免现场 SOT-MRAM 在 55 nm CMOS 技术和 1.2V 电源电压下实现 90MHz 读取和 60MHz 写入操作

• DOI: 10.1109/vlsicircuits18222.2020.9162774
• 发表时间: 2020
• 期刊: 2020 IEEE Symposium on VLSI Circuits
• 作者: Natsui M.;Tamakoshi A.;Honjo H.;Watanabe T.;Nasuno T.;Zhang C.;Tanigawa T.;Inoue H.;Niwa M.;Yoshiduka T.;Noguchi Y.;Yasuhira M.;Ma Y.;Shen H.;Fukami S.;Sato H.;Ikeda S.;Ohno H.;Endoh T.;Hanyu T.
• 通讯作者: Hanyu T.

Dynamic activation of power-gating-switch configuration for highly reliable nonvolatile largescale integrated circuits

高可靠非易失性大规模集成电路的电源门控开关配置的动态激活

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac461a
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: F. Zhong;M. Natsui;and T. Hanyu
• 通讯作者: and T. Hanyu