Presentation Information
[C-8-02]Dual-rail 断熱量子磁束パラメトロン論理ゲートが消費する最小 のエネルギーの検討
◎Yu Hoshika1, Christopher Ayala2, Nobuyuki Yoshikawa2 (1. Yokohama National University, 2. Institute of Advanced Sciences, Yokohama National University)
Keywords:
Superconducting integrated circuit,Josephson integrated circuit,Adiabatic quantum flux parametron,Dual-rail circuit
IoT 化や AI 技術の発展に伴い、CMOS 回路は我々の生活を支える重要な技術である。しかし微細化は物理的な限界を迎え、処理能力は頭打ちになりつつある。特に高集積化に伴う消費電力の増大は CMOS 回路の抱える大きな課題であり、さらなる発展のためには低電力かつ高処理能力なディジタルデバイスが必要である。断熱量子磁束パラメトロン (Adiabatic quantum-flux-parametron: AQFP) 回路は GHz 帯の高速動作性と、断熱スイッチング技術による zJ 程度の低いスイッチングエネルギーが特長である。AQFP 回路の論理構成方法として多数決論理ベースがあるが、バックアクションによって生じる非断熱的な過程により少なくとも Landauer限界の 103 倍程度のエネルギーが散逸されてしまう。新たな論理構成手法として提案されている Dual-rail を採
用した手法では、バックアクションをキャンセルする構造を取り入れることで Landauer 限界程度のエネルギーに抑えられることが知られている。しかし、論理ゲートによってどのような原理でどの程度のエネルギーが散逸されるかは明らかになっていなかった。本発表では、Dual-rail AQFP の論理ゲートである AND-OR ゲート、AND-XOR ゲートのそれぞれの最小のエネルギーを明らかにするため、(1) ゲートレベルでの情報エントロピー変化、(2) ポテンシャルエネルギーの推移、(3) 回路シミュレーションによる計算からそれぞれ検討を行った。
用した手法では、バックアクションをキャンセルする構造を取り入れることで Landauer 限界程度のエネルギーに抑えられることが知られている。しかし、論理ゲートによってどのような原理でどの程度のエネルギーが散逸されるかは明らかになっていなかった。本発表では、Dual-rail AQFP の論理ゲートである AND-OR ゲート、AND-XOR ゲートのそれぞれの最小のエネルギーを明らかにするため、(1) ゲートレベルでの情報エントロピー変化、(2) ポテンシャルエネルギーの推移、(3) 回路シミュレーションによる計算からそれぞれ検討を行った。