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

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

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背景
 FPGAの重要性の増大

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背景
 スパコンとか，各種情報家電とか

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背景

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



メリット：マスク開発コストが不要，後から手直し可能 etc...

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背景




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背景




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背景




8

背景




9

背景
 深刻なFPGAの消費電力問題

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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

この論文では，実チップで消費電力削減効果を確認する

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FPGAアーキテクチャ
 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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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

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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

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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%)

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ボディバイアス電圧による周波数の変化

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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)

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