記述言語：英語   掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）  

DOI： 10.1109/vlsicircuits18222.2020.9162826

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

記述言語：日本語  

量子ハードウェアは高いエラー率を示すため，量子誤り訂正技術の実現が不可欠である．特に，表面符号は高いエラー訂正性能を持つ誤り訂正符号として注目されている．本研究では，極低温環境で動作可能なNanoBridge-FPGAへの実装を目指し，iterative greedyアルゴリズムを用いた表面符号復号器のRTL設計を行った．設計した復号器は，先行研究と同じ誤りシミュレータを用いて動作検証を行い，レイテンシ・使用リソース量の評価も行った．さらに，NanoBridge-FPGAへの論理合成・配置配線も行い，使用リソース量を確認した．
Since the error rates of existing quantum devices are high, it is essential to realize quantum error correction (QEC) techniques. In particular, surface code (SC) has attracted attention as one of the most promising error-correcting codes. In this study, we have designed an RTL surface code decoder using the iterative greedy algorithm to implement on NanoBridge-FPGA that can operate in cryogenic environments. The designed decoder was verified using the same error simulator as in the previous study, and latency and resource usage were also evaluated. In addition, we performed logic synthesis, placement and routing targeting NanoBridge-FPGA and confirmed the resource usage.

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記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：IEEE Computer Architecture Letters  

The bandwidth limit between cryogenic and room-temperature environments is a critical bottleneck in superconducting noisy intermediate-scale quantum computers. This paper presents the first trial of algorithm-aware system-level optimization to solve this issue by targeting the quantum approximate optimization algorithm. Our counter-based cryogenic architecture using single-flux quantum logic shows exponential bandwidth reduction and decreases heat inflow and peripheral power consumption of inter-temperature cables, which contributes to the scalability of superconducting quantum computers.

DOI： 10.1109/lca.2023.3322700

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記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

記述言語：その他   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：IEEE Transactions on Applied Superconductivity  

We demonstrate the functioning of a high-throughput, gate-level-pipelined floating-point adder and multiplier over 50 GHz. The gate-level-pipelined floating-point adder and multiplier requires dedicated circuit blocks to wait until other circuit blocks complete calculations because of the dependence between their sign, exponent, and significand parts. We revealed that the resultant delay difference of the waiting circuit blocks hinders high-frequency operation if the predesigned circuit blocks with the fixed clock distribution are connected in a simple manner. We showed that clock distribution needs to synchronize with every pipeline stage regardless of the circuit blocks to minimize the delay difference between the circuit blocks for circuits containing the waiting circuit blocks (e.g., the floating-point adder and multiplier). We designed a 5-bit floating-point adder and multiplier to demonstrate the effectiveness of the clock distribution experimentally. The test chips were fabricated using AIST 10-kA/cm$\boldsymbol{^{2}}$ Advanced Process 2. We verified the high-speed operation at over 50 GHz in the floating-point adder and multiplier. The maximum clock frequency and throughput of the floating-point adder were 56 GHz and 56 GFLOPS, respectively. The corresponding values for the floating-point multiplier were 63 GHz and 63 GFLOPS, respectively.

DOI： 10.1109/tasc.2023.3250614

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記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）   出版者・発行元：Proceedings of the Asia and South Pacific Design Automation Conference, ASP-DAC  

Large error rates of quantum bits (qubits) are one of the main difficulties in the development of quantum computing. Performing quantum error correction (QEC) with surface codes is considered the most promising approach to reduce the error rates of qubits effectively. To perform error correction, we need an error-decoding unit, which estimates errors in the noisy physical qubits repetitively, to create a robust logical qubit. While complicated graph-matching problems must be solved within a strict time restriction for the error decoding, several hardware implementations that satisfy the restriction at a large code distance have been proposed. However, the existing decoder designs are still challenging in reducing the logical error rate. This is because they assume that the error rates of physical qubits are uniform while they have large variations in practice. According to our numerical simulation based on the quantum chip with the largest qubit number, neglecting the non-uniform error properties of a real quantum chip in the decoding process induces significant degradation of the logical error rate and spoils the benefit of QEC. To take the non-uniformity into account, decoders need to solve matching problems on a weighted graph, but they are difficult to solve using the existing designs without exceeding the time limit of decoding. Therefore, a decoder that can treat both the non-uniform physical error rates and the large surface code is strongly demanded. In this paper, we propose a hardware design of decoding units for the surface code that can treat the non-identical error properties with small latency at a large code distance. The key idea of our design is 1) constructing a look-up table for calculating the shortest paths between nodes in a weighted graph and 2) enabling parallel processing during decoding. The implementation results in field programmable gate array (FPGA) indicate that our design scales up to code distance 11 within a microsecond-level delay, which is comparable to the existing state-of-the-art designs, while our design can treat non-identical errors.

DOI： 10.1145/3566097.3567933

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その他リンク： https://dblp.uni-trier.de/db/conf/aspdac/aspdac2023.html#LiaoSTUT23

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：一般社団法人 情報処理学会  

This paper analyzes the impact of input sparsity and DFS/DVFS configurations for single-board computers on the execution time, power, and energy of each VGG16 layer as the first step towards efficient CNN inference on single-board computers. For this purpose, we first develop a power and execution time measurement environment and perform experiments using Raspberry Pi 4 and NVIDIA Jetson Nano. Our results show that clock frequency strongly correlates with execution time and power. Inversely, input sparsity has a weak correlation with execution time and power. Then, we show that a coarse-grained DVFS model can explain over 96% of the variations in the power of each VGG16 layer even when sets of clock frequency and voltage on the single-board computer are unavailable.

DOI： 10.2197/ipsjjip.31.478

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記述言語：その他   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）   出版者・発行元：2022 IEEE 8th World Forum on Internet of Things, WF-IoT 2022  

Recently IoT edge devices have become more diverse and lower cost. In addition, small low-power single-board computers' computing performance has significantly increased. These conditions make it possible to process locally without communicating to the cloud. Since the advantages of in-edge processing are security and privacy, we applied in-edge IoT to smart homes with rich private information to be secured. In in-edge processing, conventional cloud-managed abnormality monitoring and system maintenance cannot be involved. We developed a lamp control system with in-edge processing. It detects failures using camera image processing and recovers from the failure. The abnormalities of the image processing are detected by monitoring cyclic outdoor brightness change observed on windows captured with the same camera. We have developed a prototype system with Python with OpenCV and FastAPI, etc., over PHP-based lamp timer control while keeping source code size small and considering validation easiness. The camera detectors work at 10 FPS on Python with as small as 1607 total source code lines (three times of code lines against the original lamp control timer).

DOI： 10.1109/wf-iot54382.2022.10152281

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記述言語：その他  

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掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）   出版者・発行元：Proceedings - International Symposium on Computer Architecture  

10+K qubit quantum computer is essential to achieve a true sense of quantum supremacy. With the recent effort towards the large-scale quantum computer, architects have revealed various scalability issues including the constraints in a quantum control processor, which should be holistically analyzed to design a future scalable control processor. However, it has been impossible to identify and resolve the processor's scalability bottleneck due to the absence of a reliable tool to explore an extensive design space including microarchitecture, device technology, and operating temperature. In this paper, we present XQsim, an open-source cross-technology quantum control processor simulator. XQsim can accurately analyze the target control processors' scalability bottlenecks for various device technology and operating temperature candidates. To achieve the goal, we frst fully implement a convincing control processor microarchitecture for the Fault-tolerant Quantum Computer (FTQC) systems. Next, on top of the microarchitecture, we develop an architecture-level control processor simulator (XQsim) and thoroughly validate it with post-layout analysis, timing-accurate RTL simulation, and noisy quantum simulation. Lastly, driven by XQsim, we provide the future directions to design a 10+K qubit quantum control processor with several design guidelines and architecture optimizations. Our case study shows that the fnal control processor architecture can successfully support ~59K qubits with our operating temperature and technology choices.

DOI： 10.1145/3470496.3527417

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その他リンク： https://dblp.uni-trier.de/db/conf/isca/isca2022.html#ByunKMNFITTIK22

担当区分：最終著者   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）   出版者・発行元：Proceedings of the Annual International Symposium on Microarchitecture, MICRO  

Demonstrating small error rates by integrating quantum error correction (QEC) into an architecture of quantum computing is the next milestone towards scalable fault-tolerant quantum computing (FTQC). Encoding logical qubits with superconducting qubits and surface codes is considered a promising candidate for FTQC architectures. In this paper, we propose an FTQC architecture, which we call Q3DE, that enhances the tolerance to multi-bit burst errors (MBBEs) by cosmic rays with moderate changes and overhead. There are three core components in Q3DE: in-situ anomaly DEtection, dynamic code DEformation, and optimized error DEcoding. In this architecture, MBBEs are detected only from syndrome values for error correction. The effect of MBBEs is immediately mitigated by dynamically increasing the encoding level of logical qubits and re-estimating probable recovery operation with the rollback of the decoding process. We investigate the performance and overhead of the Q3DE architecture with quantum-error simulators and demonstrate that Q3DE effectively reduces the period of MBBEs by 1000 times and halves the size of their region. Therefore, Q3DE significantly relaxes the requirement of qubit density and qubit chip size to realize FTQC. Our scheme is versatile for mitigating MBBEs, i.e., temporal variations of error properties, on a wide range of physical devices and FTQC architectures since it relies only on the standard features of topological stabilizer codes.

DOI： 10.1109/MICRO56248.2022.00079

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その他リンク： https://dblp.uni-trier.de/db/conf/micro/micro2022.html#SuzukiSALIT22

出版者・発行元：Proceedings - IEEE International Symposium on Circuits and Systems  

This paper presents the design of an ultra-high-speed, low-power arithmetic unit that supports variable bit-width operations with single flux quantum (SFQ) technology. Because of the high-speed nature of superconductor devices, we can achieve extremely high power-performance efficiency that cannot be achieved by state-of-the-art CMOS devices. To implement the complex function to support the variable bit-width feature, we introduce a novel circuit architecture to maintain the high-speed operation over 50GHz. Our prototype chip design successfully demonstrated 53.5GHz 1.59mW operations.

DOI： 10.1109/ISCAS48785.2022.9937317

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記述言語：英語   掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）  

DOI： 10.1109/isvlsi49217.2020.00060

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）  

DOI： 10.1109/isvlsi49217.2020.00059

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）  

DOI： 10.1145/3368474.3368491

記述言語：その他   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

DOI： 10.1587/transfun.e102.a.758

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

DOI： 10.2197/ipsjjip.25.983

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）  

CPCI Stack: Metric for Accurate Bottleneck Analysis on OoO Microprocessors

DOI： 10.1109/CANDAR.2017.60

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

DOI： 10.1109/LCA.2017.2684813

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

DOI： 10.1109/LCA.2016.2574350

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

DOI： 10.1587/transinf.2015PAP0029

記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

開催年月日： 2023年8月

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開催年月日： 2023年8月

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開催年月日： 2023年6月

記述言語：英語  

国名：日本国  

開催年月日： 2023年3月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2023年3月

記述言語：その他  

国名：その他  

開催年月日： 2023年3月

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開催年月日： 2023年1月

記述言語：英語  

国名：日本国  

開催年月日： 2022年12月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2022年12月

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開催年月日： 2022年11月

記述言語：英語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（公募）  

国名：日本国  

開催年月日： 2022年10月

記述言語：英語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2022年10月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

開催地：越後湯沢   国名：日本国  

開催年月日： 2022年10月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

開催地：越後湯沢   国名：日本国  

開催年月日： 2022年10月

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開催年月日： 2022年7月

記述言語：英語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2022年7月

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開催年月日： 2022年3月

記述言語：英語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2022年3月

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開催年月日： 2021年11月

記述言語：日本語  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2021年10月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2021年7月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2021年7月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2021年5月

記述言語：日本語  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2021年5月

記述言語：日本語  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2021年5月

記述言語：日本語  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2021年5月

記述言語：日本語  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2021年3月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2021年3月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2021年1月

記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（公募）  

開催地：オンライン   国名：日本国  

開催年月日： 2020年10月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2020年10月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2020年7月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2020年1月

記述言語：日本語  

国名：日本国  

開催年月日： 2020年1月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

開催地：和光市   国名：日本国  

開催年月日： 2020年1月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

開催地：日吉   国名：日本国  

開催年月日： 2019年11月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2019年7月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2019年6月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

開催地：指宿   国名：日本国  

開催年月日： 2019年6月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2019年3月

記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（公募）  

国名：日本国  

開催年月日： 2018年11月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

開催年月日： 2018年7月

記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

国名：日本国  

記述言語：その他  

国名：その他  

記述言語：その他  

国名：日本国  

記述言語：その他  

国名：日本国  

記述言語：その他  

国名：日本国  

記述言語：その他  

国名：その他  

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会議種別：ポスター発表  

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種別：査読等 

外国語雑誌　査読論文数：3

種別：大会・シンポジウム等 

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種別：大会・シンポジウム等 

参加者数：50

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種別：大会・シンポジウム等 

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種別：査読等 

外国語雑誌　査読論文数：1

国際会議録　査読論文数：6