Fully-Functional FPGA Prototype with Fine-Grain Programmable Body Biasing (FPGA2013)

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）

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

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

概要

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FPGAの重要性の増大

背景

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スパコンとか，各種情報家電とか

背景

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背景

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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)



背景

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メリット：マスク開発コストが不要，後から手直し可能 etc...



背景

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背景

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背景

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背景

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深刻なFPGAの消費電力問題

背景

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背景

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背景

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(FP)2GA: Flex Power FPGAの提案

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シミュレーションによる予備評価

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シミュレーションによる予備評価

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この論文では，実チップで消費電力削減効果を確認する

FPGAアーキテクチャ

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コンフィグレーションメモリ


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コンフィグレーションメモリ


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電力コンフィグメモリ


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プログラマブルなボディバイアス電圧を付加する回路


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シンプルなI/O回路


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回路データを生成する専用のCADソフトウェア群を開発

CADフロー

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面積オーバーヘッドの評価

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チップレイアウト

FPGAタイルレイアウト

静的電流削減の評価

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最大1/15.8倍削減


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1/11.7倍削減(91.4%)

ボディバイアス電圧による周波数の変化

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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)

結論

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Technology

Fully-Functional FPGA Prototype with Fine-Grain Programmable Body Biasing (FPGA2013)