動的適応デバイスとその応用

1.はじめに

　RWIセンター進化システムラボでは、RWCP適応デバイスNEC研究室と共に、動的適応デバイスの研究開発を行っている。動的適応デバイスは進化型ハードウエアとも呼び、これは進化型計算とプログラマブル論理素子の概念を融合させた新しいハードウェアの概念である。従来のハードウェアでは一度設計、製作してしまうと機能の変更が難しいのに対し、進化型ハードウェアでは自律的にハードウェア構成を変化させることで、常に状況に対して最適な性能を達成しようとする。進化型ハードウエアはデジタル回路だけでなく、アナログ回路にも適用できる。RWCP適応デバイスNEC研究室とはデジタル回路進化を中心にチップ開発を進めてきた。またアナログ回路進化についてはRWIセンターを中心に行ってきた。

2.デジタル回路進化

(1)自律再構成可能型ニューロLSI

　最適なニューラルネットの構造を自律的に決定するために、ニューラルネットの構造と基本関数を遺伝的アルゴリズムによって動的に決定できるLSIをNE Cと共に開発した。このLSIは2進木状に相互接続された15個の16ビットDSP(DigitaI　Signa l Processor)と 1台の32ビットRISCコア(100MHz)を内蔵している。またLSI同士を2進木状に直接結合することで、処理能力をスケーラブルに拡張できる。このLSI 一個で Pentium　ll(400Mhz)10個分の処理性能があることを実証した。

(2)電子写真印刷用ロスレスデータ圧縮LSI

電子写真印刷とは、現在の主流であるオフセット印刷に将来置き換わる可能性のある次世代の印刷技術である。電子写真印刷のためのデータ圧縮技術には、高圧縮性と伸張速度の二つが要求される。 RWIセンタでは予測関数を用いた圧縮方法を考案し、この予測関数を、扱うデータの特徴に応じて、動的適応デバイスによって実現することにより、従来の国際規格(gzip)の2倍以上の圧縮率を達成した。本チップもNECと開発した。現在、ISO規格提案を含めた実用化を推進中である。

3.アナログ回路進化

(1)携帯電話用中間周波数フィルタLSI

アナログ回路は、製造時のばらつきにより、各素子の数値が設計値通りにならないことが多く、それが歩留まりの悪さにつながっている。RWIセンターではこのばらつきを、むしろ当然のこととして、回路内部に遺伝的計算に基づく調整機構を組み込むことによって、この歩留まりの問題を改善した。また、この調整機構を含めることで、回路素子自体の小型化も可能になる。アナログ進化LSIを旭化成マイクロシステムと共に開発し、歩留まりは96%を達成、フイルタ部は従来品の5分の2に縮小され、消費電力も4 0%低減した。

(2)クロックタイミング調整LSI

RWIセンターでは、メモリLSIテスター用の高速ALUチップに、クロックツリーを動的適応デバイスにより適応的に調整する機構を組み込み、800MHzで動作するALUの歩留まりを3%未満から50%以上に向上可能なことをシミュレーションで確認した。現在、実チップを用いた評価中である。

4.おわりに

本稿では動的適応デバイスの開発とその応用について概観した。これら以外にも、現在、進化型フェムト秒レーザ、進化型マイクロ波回路、進化型高速ADチップ等の開発も進めている。

参考文畝

T.Higuchi, et all,"Real-World Applications of Analog and DigitaI Evolvable Hardware",IEEETrans.on EC,September,1999.