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システムLSIのアーキテクチャ技術および設計技術の開発

 近年、LSI技術の発展は目覚ましくコンピュータシステムや携帯電話、情報家電など各種の情報機器の中でLSI技術の果たす役割はますます重要なものとなっている。また、これらの機器の機能がますます複雑・高度化するにつれて、その高度化した機能を持つシステムを一つのLSIとして実現するシステムLSI技術の研究開発が重要なものとなってきている。システムLSIの技術においては、高度なシステム機能をLSI化するためのアーキテクチャ技術及びその設計コストを下げるためのシステムLSI設計技術、更にシステムLSIの消費電力を下げ低コスト化する技術の開発が求められている。

 安浦寛人氏及び村上和彰氏は、これらシステムLSIにかかわるアーキテクチャ技術並びに設計技術に関して、他に先駆けて、DRAM・ロジック混載型の並列処理システムLSI方式、ソフト・コアプロセッサ設計法、システムレベル低消費電力化技術等の先駆的な方式・技術を研究開発したものである。これらの技術は当該分野においてその有用性が広く認識され、かつ実用に供されている。

 まず、DRAM・ロジック混載の並列処理システムLSIアーキテクチャ技術の開発では、PPRAM(Parallel Processing RAM)方式を提案し、その実用性を示した。PPRAM方式では、DRAMとロジックを同一LSI上に混載することにより極めて高いメモリバンド幅を活用すると同時に低消費電力化を達成し、更に、メモリバンド幅に応じたデータ処理能力をマルチプロセッサにより提供することができた。同様の技術はグラフィック・プロセッサやネットワーク・プロセッサなどで研究開発されているが、それらは専用処理に特化したものである。これに対して、PPRAMは汎用処理プロセッサLSIのアーキテクチャ技術である。

 次に、ソフト・コアプロセッサ設計法ではユーザにより仕様のカスタム化が可能なプロセッサ・コアの設計法並びに設計支援法を開発した。この設計法は、アプリケーションの持つ特性並びに設計対象に求められるコスト/パフォーマンスに応じて当該システムLSIのプロセッサ・コアの仕様(命令長、データパス長、等)を最適化することを可能としたものである。これは、同様の技術が米国Tensilica社のプロセッサ・コアXtensaに採用されるなど、実用性の高い技術である。

 更に、システムレベル低消費電力化技術では、システム負荷に応じて、プログラム制御によって動的に電源電圧を可変最適化するPowerPro技術、DRAM・ロジック混載システムLSIにおいて高いメモリバンド幅を活用してメモリシステムの消費電力を低減するキャッシュメモリ方式(可動ラインサイズ方式、ウェイ予測型セットアソシアティブ方式)、DRAMのリフレッシュ制御を最適化することでDRAMの消費電力を低減する方式等の多様な低消費電力化技術を開発した。特にPowerPro技術については、これと同様の技術が米国Transmeta社でLongRun Technologyとして実用化されており、実用性の高い技術である。

 以上のように、二氏はシステムLSIの技術開発に関して、システムLSIのアーキテクチャ技術、設計技術及び低電力化技術を中心として、先駆的に研究を行い、実用性の高いシステムLSI設計技術を開発した。これらの一連の研究はシステムLSI分野の発展に大きく寄与している。

この技術に対して、電子情報通信学会は、2002年、安浦寛人氏、村上和彰氏に業績賞を贈った。


文献

[1] T.Ishihara, H. Yasuura、Voltage scheduling problem for dynamically variable voltage processors、1998年、Proceedings of International Symposium on Low Power Electronics and Design 1998
[2] T. Okuma, T. Ishihara, H. Yasuura、Real-Time Task Scheduling for a Variable Voltage Processor、1999年、Proc. International Symposium on System Synthesis
[3] K.Hirose, H. Yasuura、A bus delay reduction technique considering crosstalk、2000年、Proceedings of the conference on Design, automation and test in Europe
[4] M Sugihara, H Yasuura、Analysis and minimization of test time in a combined BIST and external test approach、2000年、Proceedings of the conference on Design, automation and test in Europe
[5] H Tomiyama, H Yasuura、Optimal Code Placement of Embedded Software for Instruction Caches、1996年、Proceedings of the conference on Design, automation and test in Europe
[6] T Okuma, H Yasuura, T Ishihara、Software Energy Reduction Techniques for Variable-Voltage Processors、2001年、IEEE DESIGN & TEST OF COMPUTERS
[7] A INOUE, H TOMIYAMA, T OKUMA, H KANBARA, H YASUURA、Language and Compiler for Optimizing Datapath Widths of Embedded Systems、1998年、IEICE TRANSACTIONS on Fundamentals of Electronics
[8] K Inoue, T Ishihara, K Murakami、Way-predicting set-associative cache for high performance and low energy consumption、1999年、Proceedings of the 1999 international symposium on Low power electronics and design
[9] Murakami, K. Shirakawa, S. Miyajima, H.、Parallel processing RAM chip with 256 Mb DRAM and quad processors、1997年、Solid-State Circuits Conference, 1997. Digest of Technical Papers. 43rd ISSCC.

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キーワード

システムLSI、アーキテクチャ技術、PPRAM方式、低消費電力化技術、ソフトコアプロセッサ、可変電源電圧プロセッサ、ハードウェア/ソフトウェア協調設計、VLSI設計技術
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