光論理回路の性能を最大限に引き出す設計支援技術の研究

最大化光逻辑电路性能的设计支持技术研究

• 批准号: 21J12765
• 负责人: 松尾 亮祐
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12765/
• 关键词: 光集積回路; 論理合成; 光論理回路の消費電力削減

本研究は消費電力や遅延などの設計制約のもとで光論理回路を最適設計する技術を確立することを目的として，以下の2つの研究テーマに取り組んできた．(1)消費電力・遅延・面積などの光集積回路の性能を定式化する．(2)与えられた制約の制約のもとで光論理回路の遅延・消費電力・面積の観点で最適な回路を設計するアルゴリズムを構築する．大規模な論理関数に対して適用することを想定して，計算時間の観点でも効率の良いアルゴリズムを目指す．光集積回路の性能の定式化は前年度に十分に研究が進んだ．そこで，本年度は上記の研究目的に基づき研究計画調書に記した設計制約に応じた回路最適化アルゴリズムを構築するという方針で研究を進めた．前年度まではBDDに基づく論理合成手法の改善法を研究してきた．しかし，BDDに基づく手法においてはガーベッジアウトプットと呼ばれる演算の途中で捨てられる光による電力損失が非常に大きいことが課題となる．私の研究を含め様々な対策が提案されているが，BDDに基づく手法では完全にガーベッジアウトプットをなくすことは困難であり，低電力という設計制約を満たせない場合がある．そこで本研究では，ガーベッジアウトプットのない回路を設計するために新たな論理構造であるクロスバーゲートロジック(CBGL)を提案した．全ての3入力関数に対する最適なCBGLを列挙してライブラリを作成した．さらにそれらのライブラリを基に入力数の大きな関数を論理合成する手法についても検討した．これらの成果を International Workshop on Logic and Synthesis で発表した．

本研究一直致力于以下两个研究主题，旨在建立一种在功耗和延迟等设计约束下优化设计光逻辑电路的技术。 (1)制定光集成电路的功耗、延迟、面积等性能。 (2) 构建算法，在给定约束下设计光逻辑电路的延迟、功耗和面积方面的最优电路。我们的目标是创建一种在计算时间方面高效的算法，假设它将应用于大规模逻辑函数。制定光集成电路性能的研究在去年取得了足够的进展。因此，今年，基于上述研究目标，我们继续进行研究，旨在构建符合研究计划文件中规定的设计约束的电路优化算法。直到前一年，我一直在研究如何改进基于BDD的逻辑综合方法。然而，基于BDD的方法的一个问题是，计算过程中丢弃的光造成的功率损耗（称为垃圾输出）非常大。人们提出了各种对策，包括我的研究，但基于BDD的方法很难完全消除垃圾输出，并且可能无法满足低功耗的设计约束。因此，在本研究中，我们提出了一种新的逻辑结构，交叉开关门逻辑（CBGL），来设计没有垃圾输出的电路。我们通过枚举所有 3 输入函数的最佳 CBGL 创建了一个库。此外，我们还研究了基于这些库的具有大量输入的逻辑合成函数的方法。这些结果在国际逻辑与综合研讨会上公布。

项目成果

A Complete Library of Optical Cross-Bar Gate Logic with Three Control Inputs

具有三个控制输入的完整光学交叉开关门逻辑库

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryosuke Matsuo;Shin-ichi Minato
• 通讯作者: Shin-ichi Minato

BDDに基づく光論理回路における双対端子を利用した面積と電力の削減手法

基于BDD的光逻辑电路双端子面积和功耗降低方法

• 发表时间: 2021
• 作者: Siyi Tang;Md Shamim Sarker;Kaijie Ma;Hiroyasu Yamahara;Hitoshi Tabata;松尾 亮祐
• 通讯作者: 松尾 亮祐

Reduction in BDD-based Optical Logic Circuits Exploiting Dual Ports

利用双端口减少基于 BDD 的光逻辑电路

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡内宏樹;市橋伯一;Ryosuke Matsuo
• 通讯作者: Ryosuke Matsuo

BDD Variable Ordering for Minimizing Power Consumption of Optical Logic Circuits

用于最小化光逻辑电路功耗的 BDD 变量排序

• 发表时间: 2021
• 作者: Shamim Sarker;Hiroyasu Yamahara;Kenyu Terao;Siyi Tang;Kaijie Ma;Munetoshi Seki;Hitoshi Tabata;Ryosuke Matsuo
• 通讯作者: Ryosuke Matsuo

3入力関数に対するゲート数最小のクロスバーゲートロジック回路の列挙

枚举具有 3 输入功能的最少门数的交叉开关门逻辑电路

• 发表时间: 2022
• 作者: 松尾 亮祐;湊 真一
• 通讯作者: 湊 真一