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

超导单通量量子电路创新算术运算电路及其设计自动化探索

• 批准号: 22K11961
• 负责人: 鬼頭 信貴
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Chukyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K11961/
• 关键词: 単一磁束量子回路; 算術演算回路; 設計自動化; 超伝導回路

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。

这项研究旨在开发一种使用其特性的新算术算术电路，并为RSFQ电路开发自动设计方法，该方法是可以设计超快速和节能逻辑电路的设备。通过将RSFQ电路与使用新算术方法使用电压脉冲的能力相结合，我们旨在实现紧凑而高性能的电路。今年，我们对以下两点进行了研究：1。在实施STOKUSTIC计算，一种使用概率的计算方法，使用RSFQ电路的计算方法，我们提出了一种部分多重方法来减少计算时钟周期的数量，并在国际会议上提出。斯托克斯计算的优点是可以设计电路很小，但另一方面，有一个问题是计算循环的数量增加。尽管可以通过操作至少比半导体电路高一个数量级的时钟频率来缓解它，但可以通过将电路复用以获得高速计算方法来进一步降低。所提出的方法旨在用于多项式计算电路，仅使用一个逻辑门实现多路复用部分。 2。我们提出了一种技术映射方法，该方法考虑了RSFQ电路逻辑合成中电路阶段的数量。在RSFQ电路中，每个逻辑门与时钟信号同步运行。当假定零偏斜的时钟与半导体相似时，每个逻辑门充当管道阶段。因此，有必要插入一个内存元件，以便在电路内的重新分配路径中的阶段数量相等。提出的方法通过引入无时钟信号操作的无钟门来减少存储元素和时钟门的数量。提出的方法是作为同行评审的学术论文发表的。

项目成果

Accuracy Improvement of Polynomial Computing RSFQ Circuits Based on Stochastic Computing by Partial Duplication

基于部分复制随机计算的多项式计算RSFQ电路精度提高

• 发表时间: 2022
• 作者: Moeka Tsuji;Nobutaka Kito
• 通讯作者: Nobutaka Kito

Technology Mapping With Clockless Gates for Logic Stage Reduction of RSFQ Logic Circuits

用于减少 RSFQ 逻辑电路逻辑级的无时钟门技术映射

• DOI: 10.1109/tasc.2023.3245049
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Kito Nobutaka;Kawaguchi Takahiro;Takagi Kazuyoshi;Takagi Naofumi
• 通讯作者: Takagi Naofumi

部分多重化によるStochastic Computingに基づく 多項式演算 RSFQ 回路の精度向上

通过部分复用提高基于随机计算的多项式计算RSFQ电路的精度

• 发表时间: 2022
• 作者: 辻 萌佳;鬼頭信貴
• 通讯作者: 鬼頭信貴