A Study on a Low Power Variable Logic Circuit Using Neuron CMOS Inverters

采用Neuron CMOS反相器的低功耗可变逻辑电路的研究

• 批准号: 22K04223
• 负责人: 福原 雅朗
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Tokai 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-22K04223/
• 关键词: FPGA; AI; ニューロンCMOS; ニューロンCMOSインバータ; 可変論理回路; FGC; チャージシェア型SRAM; チャージコレクタ型SRAM; 消費電力

本研究課題では、ニューロンCMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) インバータと呼ばれる生体の神経細胞ニューロンを模した特性を有するデバイスを活用した新たな可変論理回路の実用化を目的とし、その目的達成に向け、これまでに我々が考案したFGC (Floating-Gate Calibration) 回路の導入による安定化と、クロックドCMOS回路の活用等による低電力化を図ることとしている。本課題促進の意義・重要性は、現行のAI (Artificial Intelligence) 演算用ハードウェア等に多用されるFPGA (Field Programmable Gate Array) の高性能化・国産化が期待されることである。2022年度に実施した研究の具体的内容としては、ニューロンCMOSインバータを用いたFGC付き4入力可変論理回路を主なターゲットとし、この回路について回路シミュレーション (HSPICE) による動作検証、レイアウト設計、ICチップ試作、そして実機による評価を行い、検証を進めてきた。これらの検証によると、シミュレーションでは安定的な動作が確認できたものの、実機ではやや不安定さが残り、回路挙動の安定化に向けさらなる研究施策が必要な現状にある。また、低電力化の検討策として、電荷のロスを低減するチャージシェア型SRAMとチャージコレクタ型SRAMを構成要素として含めることを立案し、回路の接続方法や動作タイミング等の検証を進めているところである。上記研究活動により得られた成果は、国内学会論文誌1編、国際電子ジャーナル2編、東海大学紀要1編、国際学会口頭発表1件、国内学会口頭発表2件を通して社会へ発信した。

This research topic is CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)インバータとHUばれる生の神経手机ニューロンをmoduleしたcharacteristicsを有するデバイスを用した新The purpose of たな剉 logical circuit is the purpose of とし, the purpose is achieved にdirectional け, the これまでに我々がtest case したFGC (Floating-Gate Calibration) The introduction and stabilization of the circuit, the utilization of the CMOS circuit, and the reduction of power consumption, etc. This project promotes the significance and importance of current AI (Artificial Intelligence) calculations such as the multi-purpose FPGA (Field Programmable Gate Array) and the expectation of high performance and localization. The specific content of the 2022 research on the use of CMOS and CMOS FGC pays 4 inputs and can change the theoretical circuit of the main circuit, the loop circuit of the loop circuit, and the circuit circuit of the circuit. (HSPICE) による Action 検证, レイアウト design, IC チップ trial production, そして実机によるreview価を行い, 検证を进めてきた.これらの検证によると、シミュレーションではA stable movementがconfirmationできたものの、実机でIt is necessary to study and implement measures to stabilize the unstable circuit and the current status of the circuit.また, low power reduction plan, low charge reduction するチャージシェア type SRAM and チャージコレクタ type SRA MをConstituting elements include the filing of the case, the circuit connection method, the action, etc., and the proof of entry. The above mentioned results of research activities, 1 volume of journals of domestic academic societies, 2 volumes of international electronic journals, 1 volume of Tokai University minutes, 1 oral journal of international societies, 2 oral journals of domestic societies, and social letters.

项目成果

ニューロン電子回路による高速ハミング距離検出回路の提案とチップ評価

使用神经元电子电路的高速汉明距离检测电路的提案及芯片评估

• 发表时间: 2023
• 期刊: 東海大学紀要 情報通信学部
• 作者: 西口 大嗣;福原 雅朗;矢原 充敏;藤本 邦昭
• 通讯作者: 藤本 邦昭

チャージシェア型SRAMを用いたハミング距離検索機能付きCAMの回路構成と消費電力の一検討

使用电荷共享SRAM的具有汉明距离搜索功能的CAM的电路配置和功耗研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 澤田 桐弥;西口 大嗣;伊藤 祥磨;福原 雅朗
• 通讯作者: 福原 雅朗

An Electronic Neuron Using Interconnect Capacitance and Applied to a Variable Logic Circuit

使用互连电容的电子神经元及其应用于可变逻辑电路

• DOI: 10.14923/transelej.2021jcl0005
• 发表时间: 2022
• 作者: 西口 大嗣;福原 雅朗;矢原 充敏;藤本 邦昭
• 通讯作者: 藤本 邦昭

Capacitances Design Method of the Main Neuron CMOS Inverter of a 4-Input Variable Logic Circuit with FG Calibration

带FG校准的4输入可变逻辑电路主神经元CMOS反相器的电容设计方法

• DOI: 10.24507/icicel.16.07.741
• 发表时间: 2022
• 期刊: ICIC Express Letters
• 作者: Hayato Yagi;Daishi Nishiguchi;Kaiki Yamada;Ryo Yamamoto;Masaaki Fukuhara
• 通讯作者: Masaaki Fukuhara

Analog CMOS Implementation of Ising-Based Traffic Lights Control Unit

基于 Ising 的交通灯控制单元的模拟 CMOS 实现

• DOI: 10.24507/icicelb.13.06.581
• 发表时间: 2022
• 期刊: ICIC Express Letters, Part B: Applications
• 作者: Kaiki Yamada;Masaaki Fukuhara
• 通讯作者: Masaaki Fukuhara