確率的演算に基づく非同期式回路の設計と高信頼化に関する研究

基于随机运算的异步电路设计及高可靠性研究

• 批准号: 19K11880
• 负责人: 岩垣 剛
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Hiroshima City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K11880/
• 关键词: 非同期式回路; 確率的演算; ストカスティックコンピューティング; ソフトエラー; 耐故障設計

本研究では，クロック信号を用いない非同期式回路設計の枠組みに，確率的演算(SC: Stochastic Computing)を取り入れることで，非同期式回路の欠点（面積増加など）を低減しつつ，一時故障への耐性を高め，低電力で高信頼な回路の合成方法を探求している．本年度は，SCのインタフェース回路（SCで用いるビット系列（ストカスティック数）と2進数を相互変換する回路）の非同期化を中心に検討をおこなった． 一般に，SCのインタフェース回路では，同期式の線形帰還シフトレジスタ（LFSR：Linear Feedback Shift Register）と比較器によって，2進数がストカスティック数に変換され，また，ストカスティック数を用いた演算結果は，同期式カウンタによって2進数に逆変換される.これらは，面積や消費電力などの観点でコストが高いため，SCに基づく非同期式回路を実現する上で，それらの回路をいかに設計するかが重要になる.そこで，設計の足掛かりとして，既存の非同期式の擬似乱数発生器[Chow et al., ASYNC ’07]に着目し，ストカスティック数への変換回路に応用するアーキテクチャを考察した．クロック信号を用いないアーキテクチャであるため，同期式のLFSRを用いた場合と比較して，省電力化が期待できる．今後，演算精度への影響や面積・消費電力などの定量的な評価が必要である．また，別のアプローチとして，非同期式デルタシグマ変調器を用いたアーキテクチャ[Gonzalez-Guerrero et al., ICRC '18]の改良も検討中である．

In this paper, the design of asynchronous circuits is studied, and the SC (Stochastic Computing) algorithm is used to find out the synthesis method of asynchronous circuits. This year, the SC synchronization loop (SC series) and the binary inversion loop) are discussed in detail. In general, SC's Linear Feedback Shift Register (LFSR) and comparator are used to calculate the synchronous linear feedback Shift Register (LFSR). The design of the circuit is important because of its size and power consumption. [Chow et al., ASYNC '07] Look at the number of times you're in the loop. When LFSR is used, it is expected to save power. From now on, it is necessary to evaluate the influence of calculation accuracy, area, consumption power and quantity. [Gonzalez-Guerrero et al., ICRC '18] and improve the design process.

项目成果

A Design of Fully Stochastic Computing Neurons Focused on the Gain of Sigmoid Functions

专注于 Sigmoid 函数增益的全随机计算神经元设计

• DOI: 10.14923/transinfj.2020fip0008
• 发表时间: 2021
• 期刊: 電子情報通信学会論文誌D 情報・システム
• 作者: 可児 冬弥;市原 英行;岩垣 剛;井上 智生
• 通讯作者: 井上 智生

Transient Fault Tolerant State Assignment for Stochastic Computing Based on Linear Finite State Machines

基于线性有限状态机的随机计算瞬态容错状态分配

• DOI: 10.1587/transfun.2020vlp0013
• 发表时间: 2020
• 期刊: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences
• 作者: Hideyuki Ichihara;Motoi Fukuda;Tsuyoshi Iwagaki and Tomoo Inoue
• 通讯作者: Tsuyoshi Iwagaki and Tomoo Inoue

ストカスティックコンピューティングにおけるシグモイド関数実装法に関する考察

随机计算中sigmoid函数实现方法的思考

• 发表时间: 2020
• 作者: 可児冬弥;瀬戸信明;市原英行;岩垣剛;井上智生
• 通讯作者: 井上智生

ドントケア拡大を用いたエラートレラントアプリケーションのための多出力論理関数の簡単化

使用无关扩展简化容错应用的多输出逻辑功能

• 发表时间: 2020
• 作者: 森川 範茂;青野 優里;市原 英行;岩垣 剛;井上 智生
• 通讯作者: 井上 智生

ストカスティック計算に基づく ニューラルネットワークにおけるシグモイド関数の演算精度に関する解析

基于随机计算的神经网络中sigmoid函数的计算精度分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 可児冬弥;瀬戸信明;市原英行;岩垣剛;井上智生
• 通讯作者: 井上智生