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J-GLOBAL ID：202202263224032250   整理番号：22A0884599

不揮発性FFを用いたCGRA設計探索のためのばらつきを考慮したMTJへの書き込みエネルギー推定モデルの提案

A Variation-Aware MTJ Store Energy Estimation Model for Design Exploration of CGRA with Nonvolatile Flip-Flops

著者 (9件)： 亀井愛佳 (慶応大 大学院理工学研究科) ,  天野英晴 (慶応大 大学院理工学研究科) ,  小島拓也 (東大 大学院情報理工学系研究科) ,  横山大輝 (芝浦工大 大学院理工学研究科) ,  宮内陽里 (芝浦工大 大学院理工学研究科) ,  宇佐美公良 (芝浦工大 大学院理工学研究科) ,  平賀啓三 (ソニーセミコンダクタソリューションズ) ,  鈴木健太 (ソニーセミコンダクタソリューションズ) ,  別所和宏 (ソニーセミコンダクタソリューションズ)
資料名： 情報処理学会研究報告(Web)  (IPSJ Technical Report (Web))
巻： 2022  号： ARC-248  ページ： Vol.2022-ARC-248,No.26,1-7 (WEB ONLY)  発行年： 2022年03月03日 
JST資料番号： U0451A  資料種別： 会議録 (C)
記事区分： 原著論文  発行国： 日本 (JPN)  言語： 日本語 (JA)

抄録/ポイント： 粗粒度再構成可能アーキテクチャCGRAは電力効率に優れたデバイスであり,さらに磁気トンネル接合(MTJ)ベースの不揮発性フリップフロップ(NVFF)を利用したNV Power Gatingと組み合わせることで非稼働時の静的消費電力を削減できるため,バッテリ駆動を強いられるエッジ環境におけるアクセラレータとして期待される.我々は過去に,MTJベースNVFFの欠点である大きいストアエネルギーを削減するための改良版NVFFを採用したCGRAを提案し,実チップ評価により一定の条件におけるエネルギーの削減効果を示した.しかし,ストアエネルギーは動作電圧,周波数及びストアするNVFFの数といったアプリケーションごとに異なる条件に依存するため,条件ごとに最適なNVFFやストア手法を選択することが必要である.ただし,あらゆる条件で実機測定を行うは非効率的であり,また,わずかな設計変更を反映したチップを再実装することは現実的に難しい.本研究では,様々な条件下におけるMTJへのストアエネルギーを算出可能なモデル式を提案する.ストア時間を設定するために必要なMTJのスイッチング遅延時間の推定については,本質的にばらつきを含む確率的な量であるため,実測結果に対する近似を用いて解析的に算出する手法を提案し,エネルギー推定モデルに組み込んだ.提案モデルは,最適なストア手法の選択において,実測結果と同様の判断を導くことが可能であることから,十分な実用性を持つと言える.(著者抄録)

シソーラス用語： *システムアーキテクチャ ,  粒度【計算機】 ,  *トンネル接合 ,  *不揮発性メモリ ,  双安定回路 ,  モデリング ,  スイッチング ,  特性 ,  Γ分布 ,  エネルギー消費
準シソーラス用語： スイッチング特性 ,  フリップフロップ ,  確率モデリング ,  再構成可能アーキテクチャ ,  磁気トンネル接合 ,  消費エネルギー

分類 (1件)： ディジタル計算機方式一般  (JC02010O)

引用文献 (14件)：

• Yamamoto, S., Shuto, Y. and Sugahara, S.: Nonvolatile delay flip-flop using spin-transistor architecture with spin transfer torque MTJs for power-gating systems, Electronics letters, Vol. 47, No. 18, pp. 1027-1029 (2011).
• Kudo, M. and Usami, K.: MTJ Based Non-Volatile Flip Flop to Prevent Useless Store Operation, ITC-CSCC: International Technical Conference on Circuits Systems, Computers and Communications, pp. 515-518 (2015).
• Kudo, M. and Usami, K.: Nonvolatile power gating with MTJ based nonvolatile flip-flops for a microprocessor, 2017 IEEE 6th Non-Volatile Memory Systems and Applications Symposium (NVMSA), IEEE, pp. 1-6 (2017).
• Usami, K., Akaike, J., Akiba, S., Kudo, M., Amano, H., Ikezoe, T., Hiraga, K., Shuto, Y. and Yagami, K.: Energy Efficient Write Verify and Retry Scheme for MTJ Based Flip-Flop and Application, 2018 IEEE 7th Non-Volatile Memory Systems and Applications Symposium (NVMSA), IEEE, pp. 91-98 (2018).
• Kamei, A., Kojima, T., Amano, H., Yokoyama, D., Miyauchi, H., Usami, K., Hiraga, K., Suzuki, K. and Bessho, K.: Energy saving in a multi-context coarse grained reconfigurable array with non-volatile flip-flops, Proceedings of MCSoC 2021 (2021).

タイトルに関連する用語 (9件)： 不揮発性 ,  設計 ,  探索 ,  ばらつき ,  MTJ ,  書き込み ,  エネルギー ,  推定モデル ,  提案