超伝導可逆回路を用いた超低電力計算機の研究

利用超导可逆电路的超低功耗计算机研究

• 批准号: 20J20495
• 负责人: 山栄 大樹
• 金额: $ 1.6万
• 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: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20495/
• 关键词: 可逆計算; 超伝導回路; 量子磁束パラメトロン; 断熱ロジック

本年度では、超伝導集積回路である断熱量子磁束パラメトロン（AQFP）回路による可逆計算が可能な可逆AQFP回路を用いた超低消費エネルギー計算機の実現にむけたマイクロプロセッサの設計と消費エネルギーを測定するための大規模AQFP回路の設計を行った。設計したマイクロプロセッサは、昨年度までに設計及び動作実証を行った算術論理演算器とレジスタファイルを組み合わせたものである。このマイクロプロセッサの消費エネルギーを数値計算を用いて計算した結果、従来の不可逆回路と比較して低消費エネルギーであることを確認した。これは、初年度に検討した回路本来の機能として関係ない可逆性を保証するために必要であるゴミ情報を消去した際に必要な消費エネルギーを見込んでも十分小さいことが確認できた。AQFP回路が低消費エネルギーであることを実験的に示すために、AQFP回路の消費エネルギーを測定するための回路を設計した。AQFPゲート単体の消費エネルギーは非常に小さいため、それ自体を測定することは困難である。そこで、チップ内に多数のAQFPゲートを集積し、回路全体の消費エネルギーの測定を行うことでゲートあたりの消費エネルギーを見積もることを検討した。消費エネルギーは、AQFP回路が動作している場合と動作していない場合の電力を観測し、それらの差から算出することが可能である。現在回路の試作途中であり、回路が完成できしだい測定を行う予定である。

今年，我们设计了一个微处理器，使用可逆的AQFP电路实现超低的能量消耗计算机，该电路能够使用超导集成电路，一种可逆计算，这是一个热导通量子通量参数（AQFP）电路，并设计了用于测量能量消耗的大型AQFP电路。设计的微处理器是算术逻辑算术和寄存器文件的组合，直到去年才设计和演示操作。使用数值计算来计算该微处理器的能耗，并证实与常规不可逆电路相比，能源消耗较低。即使在考虑擦除所需的废物信息以确保可逆性不相关的情况下，该电路的原始功能（在第一年进行了研究）被消除了。为了在实验上证明AQFP电路的能源消耗较低，该电路旨在测量AQFP电路的能量消耗。仅AQFP门的能源消耗很小，因此难以测量自身。因此，我们考虑了通过在芯片中整合大量AQFP门并测量整个电路的能耗来估算每个门的能耗。能源消耗可以根据AQFP电路运行和不运行时的功率之间的差异计算。该电路目前正在制作原型，并计划在电路完成后立即进行测量。

项目成果

Design and Demonstration of Directly Coupled Quantum-Flux-Parametron Circuits With Optimized Parameters

具有优化参数的直接耦合量子通量参量管电路的设计和演示

• DOI: 10.1109/tasc.2021.3059723
• 发表时间: 2021
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Ishida Ryohei;Takeuchi Naoki;Yamae Taiki;Yoshikawa Nobuyuki
• 通讯作者: Yoshikawa Nobuyuki

Binary Counters Using Adiabatic Quantum-Flux-Parametron Logic

使用绝热量子通量参数逻辑的二进制计数器

• DOI: 10.1109/tasc.2020.3044677
• 发表时间: 2021
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Yamae Taiki;Takeuchi Naoki;Yoshikawa Nobuyuki
• 通讯作者: Yoshikawa Nobuyuki

Adiabatic Quantum-Flux-Parametron with Delay-Line Clocking Using Square Excitation Currents

使用方波激励电流的具有延迟线时钟的绝热量子通量参量管

• DOI: 10.1587/transele.2021sep0004
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEICE Transactions on Electronics
• 影响因子: 0.5
• 作者: YAMAE Taiki;TAKEUCHI Naoki;YOSHIKAWA Nobuyuki
• 通讯作者: YOSHIKAWA Nobuyuki

可逆磁束量子パラメトロン回路の論理合成の最適化に関する研究

可逆通量量子参量电路逻辑综合优化研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 齋藤蕗生;Christopher L. Ayala;竹内尚輝;山栄大樹;吉川信行
• 通讯作者: 吉川信行

Adiabatic Quantum-Flux-Parametron: A Tutorial Review

绝热量子通量参量管：教程回顾

• DOI: 10.1587/transele.2021sep0003
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEICE Transactions on Electronics
• 影响因子: 0.5
• 作者: TAKEUCHI Naoki;YAMAE Taiki;L. AYALA Christopher;SUZUKI Hideo;YOSHIKAWA Nobuyuki
• 通讯作者: YOSHIKAWA Nobuyuki