Development of Highly Efficient Ising Computer by Hardware and Algorithm Co-design

硬件与算法协同设计开发高效智能计算机

基本信息

批准号：
18J15077
负责人：
山本佳生
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

組合せ最適化問題を磁性体のモデルであるイジングモデルの基底状態探索に帰着させることで効率良く最適解を解くアプローチが存在する。中でも金属工学におけるアニーリングに習ったイジングモデルの基底状態探索マシンはアニーリングプロセッサと呼ばれる。アニーリングプロセッサは、ハードウェア上に実装するイジングモデルのネットワークから局所結合型と全結合型の2種類に分類される。本研究では、それぞれ2種類のプロセッサに対して全結合イジングモデルを超高効率に解くアプローチに関してハードウェアとアルゴリズムの強調設計により研究を実施した。局所結合型プロセッサでは、前年度に投稿した時分割多重処理機構を持つ疎結合プロセッサがIEICE英論文誌に掲載された。このアプローチはスピンの増加に対してスケーラビリティが高いという特徴がある。全結合型プロセッサでは、前年度末より実施しているハードウェアの並列度を高める新しいアルゴリズムである確率的セルラーオートマトンに基づくアルゴリズムとそのハードウェアアーキテクチャのASIC化を引き続き実施、チップ評価を行なった後、集積回路の基幹学会であるISSCC2020にて成果発表を行なった。試作したチップの評価から提案手法は、従来研究では解くことが困難であった問題を解くことを可能にし、既存の全結合イジングモデルの基底状態探索マシンと比較して、解精度、実行速度、電力効率の点で大きく改善が見られることがわかった。本研究は、より詳細な評価を行いJSSCにも投稿予定である。以上の成果から、大規模かつ複雑な組合せ最適化問題を超高効率で解くアニーリングプロセッサの開発という目的を達成したと考えられる。

有一种方法可以通过将组合优化问题返回到Izing模型的基础状态（是磁模型的基础状态）来有效地解决最佳解决方案的方法。最重要的是，从金属工程中学到的Izing模型的基础状态搜索机称为退火处理器。退火处理器分为两种类型，从硬件上实现的izing模型的网络，从本地绑定类型和完整的类型类型中。在这项研究中，我们对每两种处理器的方法进行了研究，以在超高效率中解决所有结合模型。在本地绑定处理器中，在上一个财政年度发布时，在IEICE English Paper Magazine上发表了具有分裂多重处理机制的稀疏处理器。这种方法的特征是旋转增加的可扩展性高。在总绑定处理器中，基于随机蜂窝自动机的新算法是一种新算法，自上一财政年度结束以来已实施，继续实施硬件体系结构的ASIC并评估芯片结果是在ISCC2020（综合赛道的核心协会）宣布的。原型CHIP的建议方法评估了它可以解决常规研究中难以解决的问题，并将其与现有的所有TIE -UP模型的基础状态搜索机进行了比较事实证明，在功率效率方面的改善大大提高了。这项研究将得到更详细的评估，并将发布在JSSC上。基于上述结果，认为在超高效率中解决了大规模和复杂组合优化问题的退火处理器的开发目的。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

FPGA-Based Annealing Processor with Time-Division Multiplexing

DOI：
10.1587/transinf.2019pap0002
发表时间：
2019-12
期刊：
IEICE Trans. Inf. Syst.
影响因子：
0
作者：
Kasho Yamamoto;M. Ikebe;T. Asai;M. Motomura;Shinya Takamaeda-Yamazaki
通讯作者：
Kasho Yamamoto;M. Ikebe;T. Asai;M. Motomura;Shinya Takamaeda-Yamazaki

STATICA: A 512-spin 0.25M-weight full-digital annealing processor with a near-memory all-spin-updates-at-once architecture for combinatorial optimization with complete spin-spin interactions

STATICA：512 次自旋 0.25M 重量的全数字退火处理器，具有近内存全自旋一次更新架构，可实现具有完整自旋-自旋交互的组合优化

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamamoto K.;Ando K.;Mertig N.;Takemoto T.;Yamaoka M.;Teramoto H.;Sakai A.;Takamaeda-Yamazaki S.;and Motomura M.
通讯作者：
and Motomura M.