単一磁束量子回路を用いたマイクロプロセッサの論理設計

摘要

近年，CMOSマイクロプロセッサは消費電力の問題のため動作周波数の向上が頭打ちとなっている．この問題に対し，我々はCMOS集積回路が直面している消費電力問題を根本的に解決する特徴を原理的に有している単一磁束量子（SFQ：Single-Flux-Quantum）回路を用いた超高性能マイクロプロセッサに着目した．そしてSFQマイクロプロセッサの実現に向け，それに適したアーキテクチャの設計法針を定めた．本稿では，定めた設計方針にしたがってSFQマイクロプロセッサを論理設計し，性能，面積，消費電力を見積もった．その結果，設計したSFQマイクロプロセッサはCMOSマイクロプロセッサの約56倍の性能となり，1命令の実行に必要な平均消費エネルギーは約1／5000に削減できる可能性があることが分かった．