光と電子が密に融合する集積回路のアーキテクチャと設計技術

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本応募課題は、光と電子が密に融合する光電融合集積回路のアーキテクチャと設計技術を構築することにより、光電融合集積回路における遅延-電力-面積のトレードオフ限界を明確にし、光電融合集積回路の最適な構成を明らかにするものである。上記目的のために、下記の３項目に取り組んだ。1）回路設計段階で光電融合集積回路の遅延、電力、面積を正確に見積もるモデルを構築する。2）光電融合集積回路に対する回路アーキテクチャレベルの設計最適化技術を構築する。3）光電融合集積回路をニューラルネットなどの非ノイマン型演算回路に適用し性能を評価する。上記３項目を目的として、初年度（2020年度）は、光電融合集積回路の回路遅延、消費電力、回路面積の見積もりモデルを作成した。特に、光集積回路の電力消費メカニズムは電子回路とは大きく異なるため、電子回路には存在しない光の分岐や合流干渉にともなう電力損失を明らかにし、アーキテクチャレベルの消費電力モデルを構築した。2021年度は応募者が過去に開発した光信号の多重化による並列演算技術および各種低消費電力化手法を光ニューラルネットワーク回路に適用する手法の検討を行った。多重化に関しては既に波長分割多重方式（WDM: Wavelength Division Multiplexing）を活用した並列演算方式を論文発表しているが、2021年度は波長分割多重方式を光ニューラルネットワークに適用して波長数に比例した並列数で積和演算を実行する方法を検討した。さらに、1年目（2020年度）に構築した遅延・電力・面積のモデルに基づいて、光電融合集積回路を最適に設計するアルゴリズムを検討した。