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不揮発性FPGA の構成

 図4に、より一般的なロジック回路として、FPGA(Field-Programmable Gate Array)†2の論理演算部として知られているLUT(Look-Up Table)部を不揮発化した回路構成原理を示す29,30)。LUT部では任意の論理演算機能をユーザがプログラムできる特長を有している。この機能はLUT部に内蔵されている記憶機能をプログラムすることで実現される。つまり、この記憶機能を不揮発化すれば、LUT部の不揮発化ができる。しかしながら、単純に記憶機能を不揮発化してしまうと、センスアンプ(図4(a)のSA。インバータ2段のループの意)書き込み制御回路が付与されてしまい、LUT部の回路が不揮発化に伴い、著しく増大してしまう。それに対して、図4(b)のように、SAの共有化や書き込み回路の共有化を駆使することで、LUT部の不揮発化により、回路規模がむしろコンパクト化できることとなる。このような効用は、図5で示すように、実際に不揮発性LUT部をチップ試作し、動作原理を実証している。

図4 不揮発性LUT 回路の構成。(a)記憶部を不揮発化した構成、(b)logic-in-memory 構造の構成。
図4 不揮発性LUT 回路の構成。(a)記憶部を不揮発化した構成、(b)logic-in-memory 構造の構成。
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図5 不揮発性FPGAチップ。
図5 不揮発性FPGAチップ。
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†2 FPGA (Field-Programmable Gate Array) 半導体チップなどの大規模集積回路(Large Scale Integration: LSI)技術はハードウェアと呼ばれており、これを利用すると、同等の演算をソフトウェアで実行した場合と比べ、処理性能を大幅に向上できる。FPGA は、ユーザが演算機能を直接プログラムできる機能を有するLSIチップであり、前述のハードウェア的側面とソフトウェア的側面(ユーザが演算機能をプログラム可能、など)を同時に有する特長を有しているLSIチップである。