断熱的量子磁束回路を用いた超低消費電力機械学習システムの実現

利用绝热量子通量电路实现超低功耗机器学习系统

• 批准号: 22KJ1404
• 负责人: 田中 智之
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1404/
• 关键词: 断熱量子磁束パラメトロン

断熱量子磁束パラメトロン（AQFP）回路をハードウェア記述言語で書かれた抽象度の高い状態から、物理的なゲートの配置とゲート間の配線を決定するシステムを構築した。本手法を用いることで、最大で1024-bitの加算器の合成に成功し、この回路は200万個のジョセフソン接合を持つ。先行研究と比較して10倍以上大きな回路の合成に成功した。計算に必要なメモリーの量と計算時間が取り扱える回路の大きさを制限しているため、さらに大きな回路の合成にはアルゴリズムの改良が必要と考えられる。また、実際の回路設計として機械学習の計算に必要な消費電力を削減するためのアクセラレーターとして、AQFP回路を使った16-bit 浮動小数点加算器のレイアウト設計を行った。その結果、回路の１辺が20 mm 以上になり、現在の超伝導デバイスのチップの面積に収まらないということが分かった。AQFP回路は消費エネルギーを低く抑えるために、外部から交流電流を与えている。この電源が、内部の論理ゲートのクロックを兼ねているため、論理ゲートを配置できる位置は制限される。加えて、演算のタイミングを維持するための計算に寄与しないメモリーが多数必要であり、これらの原因により、回路の形状が細長くなってしまう。フィードバックを持たない大規模な回路を面積の効率よく設計するためには、新たなの回路の駆動方式や内部配線の方法の提案が必要であることがわかった。作成したレイアウトからシミュレーションによって性能を最新のCMOS回路と評価したところ、超伝導状態を維持するために必要な消費エネルギーを加味して、3倍高速かつ、90分の1の消費エネルギーで計算できるという結果が得られた。

Thermal Quantum Magnetic Beam Flow (AQFP) Circuit Description Language で书かれたAbstract Degree High status, physical layout and wiring, decision making, and construction. This technique uses a combination of a 1024-bit adder and a maximum 1024-bit adder, and a circuit of 2 million pieces to join together. We have conducted preliminary research and comparisons to successfully synthesize circuits that are 10 times larger. The amount of calculation necessary and the calculation time are the same as the amount of time required for calculation and the limitation of the loop is large and small.るため、さらに大きなcircuitの合にはアルゴリズムの IMPROVED が と考えられる. 16-bit Floating decimal point adder designed by のレイアウトを行った.そのRESULT, Loopの1辺が20 mm The above になり, the current の超伝guide デバイスのチップの area にReceive まらないということが分かった. The AQFP circuit consumes low voltage, low voltage, and external AC current.このPower supply, internal の理ゲートのクロックを cum ねているため, 理ゲートをconfiguration, できるposition はlimited される. Add it, calculate it, maintain it, calculate it, and calculate it. Most of the necessary parts include the であり, the これらの cause, the により, and the slender shape of the circuit.フィードバックを取たない large-scale loop を area のefficiency よく design するためには, It is necessary to propose a new circuit activation method and internal wiring method. Made with the best performance New CMOS circuit evaluation and super conductor state maintenanceめにNecessary consumption of エネルギーをflavored して, 3 times high-speed かつ, 90 minutes of 1のconsumption エネルギーでcalculation of できるという results られた.

项目成果

シノプシス/ハイプレス(米国)

Synopsys/Hipress（美国）

A full-custom design flow and a top-down RTL-to-GDS flow for adiabatic quantum-flux-parametron logic using a commercial EDA design suite

使用商业 EDA 设计套件的绝热量子通量参数逻辑的全定制设计流程和自上而下的 RTL 到 GDS 流程

• DOI: 10.1109/tasc.2023.3261267
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Tanaka Tomoyuki;Ayala Christopher L.;Whiteley Stephen;Mlinar Eric;Barker Aaron;Chen Song;Belov Anton;Barbee Troy;Kawa Jamil;Yoshikawa Nobuyuki
• 通讯作者: Yoshikawa Nobuyuki

Demonstration of a hybrid superconductor logic computation system using single flux quantum and adiabatic quantum-flux-parametron logic families

使用单通量量子和绝热量子通量参数逻辑系列的混合超导逻辑计算系统的演示

• 发表时间: 2022
• 作者: Tanaka Tomoyuki;Meher Sukanya S.;Ayala Christopher L.;Hironaka Yuki;Sahu Anubhav;Inamdar Amol;Gupta Deepnarayan;Yoshikawa Nobuyuki
• 通讯作者: Yoshikawa Nobuyuki