超伝導単一磁束量子回路向け新機軸算術演算回路とその設計自動化の探求

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本研究は超高速かつ省エネルギな論理回路を設計可能なデバイスである超伝導単一磁束量子(RSFQ)回路を対象として、その性質を活用した新機軸の算術演算回路の開発と、RSFQ回路の自動設計手法の開発を目的とする。RSFQ回路が電圧パルスを用いる性質を新機軸の演算手法にくみあわせることでコンパクトかつ高性能な回路の実現を目指す。本年度は以下の2点に関して研究を進めた。1. 確率を用いて計算を行う手法であるストカスティックコンピューティングをRSFQ回路で実現するにあたり、計算クロックサイクル数を削減するための部分多重化手法を提案し、国際会議発表を行った。ストカスティックコンピューティングでは回路を小さく設計できるメリットがあるが、一方で演算サイクル数が大きくなる問題がある。超高速なRSFQ回路で半導体回路より一桁以上高いクロック周波数で動作させることで緩和できるが、さらに回路を多重化することで高速な演算手法とすることが期待できる。提案手法では多項式の計算回路を対象とし、多重化部分を論理ゲート一つで実現する。2. RSFQ回路の論理合成における回路ステージ数を考慮したテクノロジマッピング手法を提案した。RSFQ回路では各論理ゲートはクロック信号に同期して動作する。半導体と同様のゼロスキュークロッキングを想定する場合、各論理ゲートはパイプラインステージとして動作する。このため、回路内の再収斂する経路では段数が揃うように記憶素子の挿入が必要になる。提案手法ではクロック信号なしで動作するクロックレスゲートを導入することで記憶素子の数・クロックトゲートの数を削減する。提案手法は査読付き学術論文として掲載された。