美国Lyric利用“模拟电路”开发出面积减至1/30、功耗降至1/12的纠错IC

　在数字电路取代模拟电路的潮流中，却出现了与这一潮流相反的可编程“模拟计算机”，原来的技术体系可能由此被刷新。提出其候补技术的是美国Lyric Semiconductor公司……

注1）Lyric公司首席执行官Ben Vigoda于2003年完成MIT的学业后，在美国惠普公司工作了约两年，接着又在MIT相邻的三菱电机研究所“MERL”工作了约两年。之后便成立了Lyric公司。“Vigoda的主要研究成果是在MERL之外独立取得的。虽然也有部分成果是在MERL时代实现的，但这些成果都授权给了Vigoda。”（三菱电机）。

　　Lyric开发出了“模拟逻辑门”，并作为其封装案例，面向闪存试制了配有纠错LDPC（Low Density Parity Check）码的解码IC。

　　该模拟逻辑门是Lyric通过0到1的概率数值（实数）对利用称为AND及XOR的“0”和“1”的二进制数据定义的逻辑运算进行重新定义而开发出来的 注2）。
注2）数字电路的晶体管一般是在饱和区域运行，而次将非饱和区域使用的、电流值或电压值的微小差值即实数值的信息传递到了电路的后级。“是低功耗模拟电路与可编程高灵活性数字电路的混合技术。有助于实现使两种电路间的障碍消除的新型计算机”（Lyric）。

　　不过，为了防止该创意流产，“实际上直到该技术的应用实例（解码IC）被开发出来之前，都是悄悄进行的”（Lyric）。该公司在强调该技术的有效性时表示，此次开发的解码IC“与原来的解码IC相比，即使在同一工艺下，也收到了电路面积减至1/30，功耗降至1/12，且数据处理速度达到4倍的效果”（Lyric）（图1）。

沿用RF电路用CMOS技术

　　以前有大量研究人员向利用模拟电路的计算机开发发起挑战。但没有一例成功实现具备通用性的计算机。其原因是未能克服①微细化未必有效、②编程灵活性低、③抗噪声能力差这些缺点。

  

图1：实现大幅低功耗化和小型化
在Lyric采用180nm工艺CMOS技术试制的LDPC码编码IC（右）与采用同一工艺技术和原来的电路技术制造的同类IC（左）之间，进行了面积、功耗及处理速度的比较。由这三者相乘的综合性能比为30×12×4＝1440倍。


  
图2：用晶体管和二极管构成可编程的各种电路
Lyric首席执行官Vigoda提出的、各种运算电路及称为“软逻辑”的运算电路的电路构成示例。执行常数倍的电路可由4个晶体管构成（a）。而且常数的大小还可随着控制电流改变。软XOR沿用Gilbert单元（b）。


  
图3：从数字逻辑到“模拟逻辑”
Lyric采用自主开发的“模拟逻辑”对纠错中的奇偶校验等处理进行了导入。由于能够同时进行以往的其他计算即bit逻辑运算及其准确性的评测，因此利用晶体管数量约为1/100的电路即可解决问题


  
图4：2013年将样品供货通用微处理器
Lyric的开发蓝图。计划2011年利用在此次的第二代纠错电路基础上进一步优化的第三代技术对IC实施量产。2013年还将试制通用微处理器。另外还准备在2010年内发表该微处理器使用的编程语言及类库。


　　Lyric表示，这些课题均可利用此次的技术解决。①微细化问题通过以MOSFET等普通CMOS技术采用的晶体管及二极管为电路基本构成要素，并省去线圈等进行解决。和及积等各种运算电路通过充分利用近10年的CMOS-RF电路研发成果来构成（图2）。比如，在称为“Soft-XOR”的XOR（异或）门的拓展版模拟电路上沿用了“Gilbert单元”这一通信领域众所周知的混频电路。

　　②编程灵活性低的课题通过开发自主的晶体管构成得以克服。

　　③中的课题通过利用最初就具备纠错功能的数据处理算法进行解决（图3）注3）。
注3）根据贝叶斯统计和Sub-product算法，对图形上的概率传播进行计算。“数字电路具有较强抗噪声能力的原因是通过将数据值限定为0或1在数据处理的所有步骤上进行纠错。但这样一来处理就会变得冗长，而且数据所具有的重要信息也会被一起丢掉，因此，即便是简单的计算，电路设计也很复杂。而我们的技术不仅可使是规模大幅减小，而且抗噪声能力也很强”（Lyric）。由于这是一种与纠错LDPC码相似的概念，因此“选择了LDPC码来作为最初的封装示例”（Lyric）。

　　另外，Lyric表示“该方法可应用于所有计算用途”，并已着手对通用微处理器“GP5”进行开发（图4）。GP5需要使用与原来大为不同的编程方法，普及起来并不简单。但该技术的确蕴藏着大大改变原有计算机概念的可能性。（记者：野泽 哲生）