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2014年1月25日 14:30 – 15:00
FPGA2013論文紹介@東工大

Fully-Functional FPGA Prototype
with Fine-Grain Programmable
Body Biasing
著者:Masakazu Hioki(産総研), et al.
発表者:小林諒平(東工大)
概要
? 既存半導体技術(低消費電力な90-nmバルクCMOS技術)を用いて,
トランジスタのしきい値電圧をプログラム可能な超低消費電力
FPGA(Flex Power FPGA)のデモンストレーションチップを開発,
および面積オーバーヘッド?動的電流?静的電流?動作速度を評価

1
背景
? FPGAの重要性の増大

2
背景
? FPGAの重要性の増大
? スパコンとか,各種情報家電とか

3
背景
? FPGAの重要性の増大
? スパコンとか,各種情報家電とか

Cray XD1のアルゴリズムアクセラレータ
(Cray Inc. ホームページより)

カメラ一体型VTRでの使用例
(日経エレクトロニクス誌2004年8月30号より)

4
背景
? FPGAの重要性の増大
? スパコンとか,各種情報家電とか

Cray XD1のアルゴリズムアクセラレータ
(Cray Inc. ホームページより)

カメラ一体型VTRでの使用例
(日経エレクトロニクス誌2004年8月30号より)

メリット:マスク開発コストが不要,後から手直し可能 etc...

5
背景
? FPGAの重要性の増大
? スパコンとか,各種情報家電とか

Cray XD1のアルゴリズムアクセラレータ
(Cray Inc. ホームページより)

カメラ一体型VTRでの使用例
(日経エレクトロニクス誌2004年8月30号より)

メリット:マスク開発コストが不要,後から手直し可能 etc...

6
背景
? FPGAの重要性の増大
? スパコンとか,各種情報家電とか

Cray XD1のアルゴリズムアクセラレータ
(Cray Inc. ホームページより)

カメラ一体型VTRでの使用例
(日経エレクトロニクス誌2004年8月30号より)

メリット:マスク開発コストが不要,後から手直し可能 etc...

7
背景
? FPGAの重要性の増大
? スパコンとか,各種情報家電とか

Cray XD1のアルゴリズムアクセラレータ
(Cray Inc. ホームページより)

カメラ一体型VTRでの使用例
(日経エレクトロニクス誌2004年8月30号より)

メリット:マスク開発コストが不要,後から手直し可能 etc...

8
背景
? FPGAの重要性の増大
? スパコンとか,各種情報家電とか

Cray XD1のアルゴリズムアクセラレータ
(Cray Inc. ホームページより)

カメラ一体型VTRでの使用例
(日経エレクトロニクス誌2004年8月30号より)

メリット:マスク開発コストが不要,後から手直し可能 etc...

9
背景
? 深刻なFPGAの消費電力問題

10
背景
? 深刻なFPGAの消費電力問題

11
背景
? 深刻なFPGAの消費電力問題

12
(FP)2GA: Flex Power FPGAの提案

13
シミュレーションによる予備評価

14
シミュレーションによる予備評価

この論文では,実チップで消費電力削減効果を確認する

15
FPGAアーキテクチャ

16
FPGAアーキテクチャ

17
FPGAアーキテクチャ

18
FPGAアーキテクチャ
? コンフィグレーションメモリ

19
FPGAアーキテクチャ
? コンフィグレーションメモリ

20
FPGAアーキテクチャ
? 電力コンフィグメモリ

21
FPGAアーキテクチャ
? プログラマブルなボディバイアス電圧を付加す
る回路

22
FPGAアーキテクチャ
? シンプルなI/O回路

23
FPGAアーキテクチャ

24
CADフロー
? 回路データを生成する専用のCADソフトウェア
群を開発

25
面積オーバーヘッドの評価

チップレイアウト

FPGAタイルレイアウト

26
静的電流削減の評価

27
静的電流削減の評価

最大1/15.8倍削減

28
静的電流削減の評価

1/11.7倍削減(91.4%)

29
ボディバイアス電圧による周波数の変化

30
結論
? Flex Power FPGAを実チップに起こして評価し
た
? 静的消費電力を大幅に削減:平均91.4%
? ボディバイアス電圧のペアが(+0.35V/-1.3V)の時,
全体の電流はたった8%の増加に対して周波数は17%
向上(0V/0Vと比べて: すべてのMOSFETをHVTにし
たとき)

31

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