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。

在这项研究中，目的是实现新的可变逻辑电路，目的是针对新的可变逻辑电路，该电路使用具有神经元神经细胞神经元的特征的设备，称为神经元CMOS（编译金属氧化物半导体）逆变器，我们设计的FGC（浮栅校准）电路稳定后，我们将使用时钟的CMOS电路降低功率。促进此问题的重要性和重要性是，在当前AI（人工智能）手术硬件中经常使用的FPGA（现场编程的ARAY）将有望改善和统治。在2022年进行的研究的特定内容是，使用神经元CMOS逆变器的FGC是FGC，主要目标是电路模拟，布局设计，IC芯片原型的操作模拟（HSPICE）评估了实际机器并进行了验证。根据这些验证，该模拟已经确认了稳定的操作，但是实际机器的操作略有不稳定，需要进一步的研究措施来稳定电路行为。此外，作为考虑降低低功率的措施，它计划包括一个电荷 - share型SRAM和收费收集器型SRAM，以减少电荷损失作为组件，并正在验证如何连接到该组件电路和操作时间。从上述研究活动获得的结果是通过日本社会协会的第一版，2个国际电子期刊，托卡大学的第一版，国际社会国际学会的1个和2个家庭学会发送给了社会。

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

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

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