光と電子が密に融合する集積回路のアーキテクチャと設計技術

光与电子紧密结合的集成电路架构与设计技术

基本信息

批准号：
20H04155
负责人：
石原亨
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04155/
关键词：
計算機システム光集積回路低消費電力設計設計最適化

项目摘要

本応募課題は、光と電子が密に融合する光電融合集積回路のアーキテクチャと設計技術を構築することにより、光電融合集積回路における遅延-電力-面積のトレードオフ限界を明確にし、光電融合集積回路の最適な構成を明らかにするものである。上記目的のために、下記の３項目に取り組んだ。1）回路設計段階で光電融合集積回路の遅延、電力、面積を正確に見積もるモデルを構築する。2）光電融合集積回路に対する回路アーキテクチャレベルの設計最適化技術を構築する。3）光電融合集積回路をニューラルネットなどの非ノイマン型演算回路に適用し性能を評価する。上記３項目を目的として、初年度（2020年度）は、光電融合集積回路の回路遅延、消費電力、回路面積の見積もりモデルを作成した。特に、光集積回路の電力消費メカニズムは電子回路とは大きく異なるため、電子回路には存在しない光の分岐や合流干渉にともなう電力損失を明らかにし、アーキテクチャレベルの消費電力モデルを構築した。2021年度は応募者が過去に開発した光信号の多重化による並列演算技術および各種低消費電力化手法を光ニューラルネットワーク回路に適用する手法の検討を行った。多重化に関しては既に波長分割多重方式（WDM: Wavelength Division Multiplexing）を活用した並列演算方式を論文発表しているが、2021年度は波長分割多重方式を光ニューラルネットワークに適用して波長数に比例した並列数で積和演算を実行する方法を検討した。さらに、1年目（2020年度）に構築した遅延・電力・面積のモデルに基づいて、光電融合集積回路を最適に設計するアルゴリズムを検討した。

该应用程序将阐明光电融合集成电路的延迟驱动区权衡极限，其中光和电子被密切融合，并阐明光电融合集成电路的最佳配置。出于上述目的，解决了以下三个项目：1）构建模型，该模型准确估算电路设计阶段中光电融合集成电路的延迟，功率和面积。 2）建筑电路架构级设计优化技术用于光电融合集成电路。 3）将光电融合的集成电路应用于非神经算术电路（例如神经网络）来评估其性能。考虑到上述三个项目，在第一年（2020年），我们创建了一个用于电路延迟，功耗和光电融合集成电路的电路区域的估计模型。特别是，由于光学整合电路的功耗机制与电子电路的功耗机制大不相同，因此我们确定了与光学分支和合并干扰相关的功率损失，这些电路与电子电路中不存在，并且构建了建筑级功耗模型。在2021财年，我们研究了申请人过去开发的平行算术技术，该技术通过将光学信号和方法多形，将各种低功耗方法应用于光学神经网络电路。关于多路复用，他已经发表了一篇有关利用波长级多路复用（WDM）的平行算术方法的论文。在2021年，他考虑了一种将波长分级多路复用方法应用于光学神经网络的方法，并执行与波长数量成正比的产品总数计算。此外，我们研究了一种基于第一年（2020年）建立的延迟，功率和区域模型来优化光电融合电路的算法。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A Synthesis Method Based on Multi-Stage Optimization for Power-Efficient Integrated Optical Logic Circuits

一种基于多级优化的低功耗集成光逻辑电路综合方法

DOI：
10.1587/transfun.2020kep0018
发表时间：
2021
期刊：
IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences
影响因子：
0
作者：
MATSUO Ryosuke;SHIOMI Jun;ISHIHARA Tohru;ONODERA Hidetoshi;SHINYA Akihiko;NOTOMI Masaya
通讯作者：
NOTOMI Masaya

Energy efficient OEO conversion and its applications to photonic integrated systems

高能效OEO转换及其在光子集成系统中的应用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akihiko Shinya;Kengo Nozaki;Shota Kita;Tohru Ishihara;Shingo Matsuo;Masaya Notomi,
通讯作者：
Masaya Notomi,

Optical-electronic implementation of artificial neural network for ultrafast and accurate inference processing

DOI：
10.1117/12.2577966
发表时间：
2021-01-01
期刊：
Proceedings of SPIE
影响因子：
0
作者：
Hattori, Naoki;Masuda, Yutaka;Notomi, Masaya
通讯作者：
Notomi, Masaya

集積ナノフォトニクスに基づく光ニューラルネットワークを対象とした回路アーキテクチャ探索

基于集成纳米光子学的光神经网络电路架构探索

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
第33回回路とシステムワークショップ論文集
影响因子：
0
作者：
服部直樹;増田豊;石原亨;塩見準;新家昭彦;納富雅也
通讯作者：
納富雅也

Neural Network Calculations at the Speed of Light Using Optical Vector-Matrix Multiplication and Optoelectronic Activation

使用光学矢量矩阵乘法和光电激活进行光速神经网络计算

DOI：
10.1587/transfun.2020kep0016
发表时间：
2021
期刊：
IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences
影响因子：
0
作者：
HATTORI Naoki;SHIOMI Jun;MASUDA Yutaka;ISHIHARA Tohru;SHINYA Akihiko;NOTOMI Masaya
通讯作者：
NOTOMI Masaya

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石原亨其他文献

Cooperative Binding in Surfactant-Polymer Association : A Brief Overview

表面活性剂-聚合物缔合中的协同结合：简要概述

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Reflexive Polymers and Hydrogels(edited by Nobuhiko Yui, Randall J. Mrsny, and Kinam Park) (CRC Press, Inc.)
影响因子：
0
作者：
杉原真;石原亨;橋本浩二;and 室山真徳;小林英一;Yoshihito Osada;石井久夫;Rupali Gangopadhyay
通讯作者：
Rupali Gangopadhyay