10kA/cm~2Nb Processを用いたSFQバタフライ演算回路の要素回路の動作評価

摘要

リアルタイムFFT（Fast Fourier Transform）では大量の演算を高速に行う必要があり、CMOS半導体回路で設計した場合、消費電力・発熱量が非常に大きな問題となる。そこでSFQ（Single Flux Quantum)論理回路を用いることによりこれらの問題を解決できると考えられる。これまでの研究において我々は、ISTEC標準プロセス2（2.5kA/cm~2Nbプロセス）を用いて、FFTプロセッサの構成要素であるバタフライ演算回路の25GHzでの高速動作を実証した。本研究では、バタフライ演算回路の要素回路である加算器、減算器、乗算器を新たに開発されたISTECアドバンスドプロセス2.2（10kA/cm~2Nbプロセス）用いて再設計し、高速動作実証を行った。いずれも100GHz前後の周波数で動作し、シミュレーション結果とよく一致する結果が得られた。%A large amount of data processing at extremely high speed is necessary in real-time FFT (Fast Fourier Transform). However, the power consumption will be serious problems when implementing FFT processors using CMOS circuits. Single flux quantum (SFQ) circuits have potential to solve the problem because of its ultra low power consumption and high-speed operation. Until now, we designed and implemented a radix-2 butterfly unit for the FFT processor using ISTEC standard process 2 (2.5 kA/cm~2Nb Process), and successfully verified its high-speed operations at 25 GHz. In this study, we designed and implemented circuit components of the radix-2 butterfly unit, adder, subtracter and multiplier, using ISTEC advanced process 2.2 (10 kA/cm~2Nb process). All circuit components successfully operated at about 100 GHz and measured results agree well with simulation results.