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| 講演名 |
2007-01-26 11:20
パイプライン化したビットシリアル単一磁束量子マイクロプロセッサの開発
○田中雅光（名大）・山梨裕希（横浜国大）・入江直樹（名大）・朴 熙中（横浜国大）・岩崎真悟（名大）・武富一博（横浜国大）・藤巻 朗（名大）・吉川信行（横浜国大）・寺井弘高（NICT）・萬 伸一（NEC） |
| 抄録 |
（和） |
われわれは、パイプライン化した単一磁束量子マイクロプロセッサ CORE1$\beta$の設計を行い、その動作をオンチップでの高速試験で実証した。このマイクロプロセッサでは、16 bitの命令と8 bitのデータをビットシリアル方式で扱い、単一磁束量子回路の高いスループット特性を利用することで高い性能／消費電力比を達成している。われわれは、複雑なパイプライン処理を効果的に実装するために、ビットシリアル処理と命令実行のためのクロック信号とを分離し、ワンホットエンコーディングによるコントローラや読み書きが独立に行えるレジスタファイル、タイミング調整を容易にするためのバッファなどいくつかの要素回路を開発した。また、CORE1$\beta$は10,000接合を超える大規模回路となるため、バイアス供給線を超伝導層で完全に被覆したセルライブラリと8 mm角のチップを採用し、バイアス電流の供給に伴う磁場の影響を排除した。試作したCORE1βは命令とデータのビット操作について最大25 GHz, 17 GHzのクロックで動作し、消費電力は3.4 mWであった。ピーク性能は1400 MOPS (million operations per second) と見積もられる。 |
| （英） |
A pipelined single-flux-quantum microprocessor, called CORE1$\beta$ has been designed and its perfect operations have been demonstrated by on-chip high-speed testing. High performance-to-power consumption ratio is achieved in this microprocessor, because bit-serial processing is employed for 16-bit instructions and 8-bit data and the high-throughput nature of single-flux-quantum circuit is utilized. In order to realize a complex pipeline processing effectively, we separated the clock signals for bit operations and instruction execution, and developed several component circuits including a controller designed with use of one-hot encoding, a register file which can be written and read independently, buffers for ease of the timing design. The CORE1$\beta$ is a large-scale circuit made up of over 10,000 junctions. We eliminated the harmful effects due to the large bias current supplying by introducing fully superconductively-shielded cell library and an 8-mm square chip. The designed CORE1β has operated correctly up to 25 GHz and 17 GHz for bit operations of instructions and data, respectively, consuming 3.4 mW powers. The peak performance has been estimated to be 1400 million operations per second (MOPS). |
| キーワード |
（和） |
超伝導デバイス / 単一磁束量子回路 / SFQ / マイクロプロセッサ / / / / |
| （英） |
Superconductive Device / Single-Flux-Quantum Logic / SFQ / Microprocessor / / / / |
| 文献情報 |
信学技報, vol. 106, no. 503, SCE2006-33, pp. 19-24, 2007年1月. |
| 資料番号 |
SCE2006-33 |
| 発行日 |
2007-01-19 (SCE) |
| ISSN |
Print edition: ISSN 0913-5685 |
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