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機 能 メモリ 混 載 システムLSI 研 究 室 紹 介 電 子 情 報 デザイン 学 科 藤 野 毅 応 用 演 習 研 究 室 紹 介 28..2 機 能 メモリ 混 載 システムLSI 研 究 室 (Network System On Chip Lab.) 2 設 立 :23 年 4 月 研 究 テーマ メモリの 研 究 というよりも 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 を 使 って ネットワークシステムへ 応 用 する 研 究 をしています 研 究 メンバー 教 授 : 藤 野 毅 大 学 院 学 生 ( 社 会 人 D) 名,(M2):7 名,(M):5 名 学 部 学 生 (4):9 名 CPUに 見 る 動 作 速 度 と 容 量 の 進 歩 ムーアの 法 則 Intel 社 の 創 設 者 の 一 人 であるGordon Moore 博 士 が965 年 に 経 験 則 とし て 提 唱 した 半 導 体 の 集 積 密 度 は8~24ヶ 月 で 倍 増 する という 法 則 集 積 密 度 の 向 上 により, 動 作 速 度 の 向 上,メモリ 容 量 の 増 大 を 実 現 できた コプロセッサを 用 いた 性 能 向 上 マルチメディア 処 理 を 行 うPC 用 専 用 コプロセッサ( 東 芝 ) 動 作 周 波 数 の 向 上 44 2,3 個 8kHz 886 29, 個 5MHz 978 年 Pentium 3 万 個 6MHz 993 年 Core2 Duo 2 億 9 万 個 2.5~3GHz 26 年 97 年 集 積 度 の 向 上 3 4 http://pc.watch.impress.co.jp/docs/27/5/mobile395.htm

5 万 円 のNetook tom N27(.6GHz) 搭 載,SSD 2G 8.9 inch 液 晶 (24X6), Windows XP Home SP3 tomプロセッサって 何? インテルがMID(Mobile Internet Device)や Netook 向 けに 開 発 5 EeePC 9-X 6 Core 2 Duo 45nm vs tom 45nm PCシステム 今 後 の 予 測 ( 私 の 予 想!?) Core2 Duo Tr:4 億 個 TDP ~25W ( 低 消 費 電 力 版 ) TDP 35W(ノート 用 ) N27(.6GHz) Tr:47 万 個, TDP 2.5W tomは,チップサイズは/4, 性 能 も 約 /2~/4 今 後 の 進 化 の 方 向 + 低 消 費 電 力 x86 系 プロセッサ 特 定 の 処 理 に 特 化 した ( 可 変 )ハードウエア 低 消 費 電 力 と 高 性 能 の 両 立 7 25mm 2 3mm 2 8 やわらかい ハードウエア!

やわらかいハードウエアを 作 ろう! パソコンが 良 いところ 高 速 なマイクロプロセッサ(CPU)でソフトで 処 理 システムLSIの 構 成 たとえば 通 信 処 理 に 関 連 するLSI CPUの 周 波 数 の 向 上 CPUの 複 雑 化 複 数 化 消 費 電 力 が 大 きい 性 能 向 上 が 困 難 消 費 電 力 削 減 性 能 向 上 9 特 に 負 荷 の 大 きい, 動 画 像 処 理,ウイルススキ ャン 処 理, 暗 号 化 処 理 などはハードウエアで 実 行 プログラムのように,ハードウエアを 切 り 替 え LSIを 作 る 際 に, 生 産 個 数 が 少 なくても, 安 価 に 製 造 できる 手 法 (マスクレスパターン 形 成 技 術 ) ソフトで 実 行 ハードで 実 行 やわらかい ハードウエア 藤 野 研 究 室 でやりたいこと 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 をアプリケーションに 適 用 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 ()eplx 符 号 処 理 に 最 適 化 されたプログラマブルロジック (FPGのような 書 き 換 え 可 能 ハードウエア) 技 術 マスクレス 描 画 技 術 ( 電 子 ビーム 描 画 )を 使 って 世 界 で 唯 一 (ユニーク)のLSIを 作 れる 技 術 耐 タンパ 性 LSI 設 計 技 術 無 線 電 力 転 送 で 動 作 するLSI 設 計 技 術 ( 未 着 手 ) アプリケーション ネットワーク 関 連 技 術 ネットワーク 暗 号 処 理,デジタルコンテンツ 保 護 ウイルス 検 知, 個 人 認 証 可 変 ハードウエアによる 低 消 費 電 力 化 技 術 オンデマンドハードウエア,ユビキダスネットワーク 2 メモリを 使 った 論 理 素 子 右 図 のように4ビットのメモリとセレクタを 組 み 合 わせること により,2 入 力 のすべての 論 理 を 実 現 できる この 素 子 名 をルックアップテーブル(LUT:Look Up Table) という. NND F F= 真 理 値 表 を メモリ に 格 納 eplx メモリ 内 容 が,,,の 場 合 はNND 回 路

FPGの 構 造 eplx eplxアーキテクチャ eplx 論 理 変 更 :ロジックエレメント(LUTとより 構 成 ) 配 線 変 更 :スイッチマトリックス LUTをマトリクス 状 に 配 置 しクラスター 化 つのLUT 出 力 から3 箇 所 のLUTに 接 続 可 能 スイッチマトリックス から 直 接 接 続 できる 配 線 ロジックエレメント 縦 配 線 領 域 からは SW SW SW SW SW SW SW SW を 経 由 し 接 続 縦 配 線 領 域 3 4 ローカルクラスタ 5 eplxの 将 来 : 進 化 型 ハードウエア 進 化 型 ハードウエア RM 制 御 CPU プログラム 格 納 Flashメモリ LN I/F ネットワークを 通 じてハードウエアをアップデート ハードウエアの 修 正, 新 しい 企 画 への 対 応 が 可 能 プログラマブル ロジックePLX eplx 構 成 情 報 格 納 Flashメモリ Future 3DES ES Future 暗 号 構 成 情 報 IPsec 暗 号 化 通 信 Future 3DES ES 暗 号 化 ペイロード IPsecヘッダ IPヘッダ ES 暗 号 で 通 信 3DES 暗 号 で 通 信 Future 暗 号 で 通 信 プログラマブル ロジックePLX eplx 構 成 情 報 格 納 Flashメモリ Future 3DES ES Future 暗 号 構 成 情 報 eplx RM 制 御 CPU プログラム 格 納 Flashメモリ LN I/F 6 藤 野 研 究 室 でやりたいこと 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 をアプリケーションに 適 用 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 符 号 処 理 に 最 適 化 されたプログラマブルロジック (FPGのような 書 き 換 え 可 能 ハードウエア) 技 術 マスクレス 描 画 技 術 ( 電 子 ビーム 描 画 )を 使 って 世 界 で 唯 一 (ユニーク)のLSIを 作 れる 技 術 耐 タンパ 性 LSI 設 計 技 術 (2) VPEX 無 線 電 力 転 送 で 動 作 するLSI 設 計 技 術 ( 未 着 手 ) アプリケーション ネットワーク 関 連 技 術 ネットワーク 暗 号 処 理,デジタルコンテンツ 保 護 ウイルス 検 知, 個 人 認 証 可 変 ハードウエアによる 低 消 費 電 力 化 技 術 オンデマンドハードウエア,ユビキダスネットワーク

パターン 転 写 装 置 ( 光 転 写 ) VPEX パターン 転 写 装 置 (E 直 描 ) VPEX 光 源 ( 波 長 λ) コンデンサレンズ フォトマスク 投 影 レンズ ( 開 口 数 N..) /4~/5 LSIの 設 計 図 パターンを 形 成 するためには 右 記 のような 電 子 ビーム 描 画 装 置 を 使 用 する 5μm 角 以 下 の 定 型 パターンは はんこ 押 し で 高 速 のパターン 作 成 が 可 能 (キャラクタプロジェ クション 露 光 ) 5μm ステージ ステージを 少 しずつ 動 かして つのウエハで 数 十 回 露 光 7 縮 小 投 影 露 光 装 置 の 原 理 大 量 に 同 じLSIが 作 られる! 光 転 写 装 置 (ステッパー) 外 観 * 栃 木 ニコンホームページより 引 用 8 Character Mask ビアプログラマブルデバイスとは? VPEX VPEX VPEX( Via Programmable logic device using EXclusive-or array ) Via,3レイアのレイアウト 変 更 により 論 理 変 更 できるLSI 製 造 手 法 Via,3 以 外 のマスクは 共 通 製 造 コストを 削 減 できる 少 量 多 品 種 のLSIを 低 コストに 製 造 可 能 SICより 初 期 開 発 費 を 安 価 に FPGよりチップコストを 安 価 に M5 M5 V4 V4 M4 M3 M3 V3 V V2 V2 M2 M M C C 複 合 ゲート 型 XORゲートをベースに 素 子 を 構 成 論 理 を 出 力 するために 入 力 出 力 端 子 を 分 割 Viaの 変 更 だけで 2 種 の 論 理 が 出 力 可 能 E 直 描 でプログラム OI2 EXOR μm 8.8μm 9 E 直 接 描 画 の 最 大 の 弱 点 :スループットが 低 い基 板 ビア2 層 のパターン 切 り 替 えで 論 理 を 変 更 ( 穴 系 パターンはE 直 描 の 得 意 パターン) 図 断 面 構 造 2 NOR NOT ビア (a) 基 本 素 子 回 路 NOT EXOR (b) 基 本 素 子 レイアウト

VPEX テストチップレイアウト Rohm.8μmCMOS 2.5mm Pin number:28pin チップコア XOR 4-bit Counter Single Gates NND NOR ND OR VPEX チップコア XNOR 4-bit Counter 2 22 4-bit Multiplexer on Galois Field MUXI INV_NOR OI INV_ INV EXOR FPG を 使 ったチップ 評 価 ND Gate ( sel = 6 ) mode sel Y ND Y Y 23 24

25 4 bit counter ( sel = 8 ) mode sel R Sin S Q 26 藤 野 研 究 室 でやりたいこと 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 をアプリケーションに 適 用 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 符 号 処 理 に 最 適 化 されたプログラマブルロジック (FPGのような 書 き 換 え 可 能 ハードウエア) 技 術 マスクレス 描 画 技 術 ( 電 子 ビーム 描 画 )を 使 って 世 界 で 唯 一 (ユニーク)のLSIを 作 れる 技 術 耐 タンパ 性 LSI 設 計 技 術 (3) ドミノRSL 無 線 電 力 転 送 で 動 作 するLSI 設 計 技 術 ( 未 着 手 ) アプリケーション ネットワーク 関 連 技 術 ネットワーク 暗 号 処 理,デジタルコンテンツ 保 護 ウイルス 検 知, 個 人 認 証 可 変 ハードウエアによる 低 消 費 電 力 化 技 術 オンデマンドハードウエア,ユビキダスネットワーク サイドチャネルアタック ドミノ-RSL サイドチャネルアタック 評 価 用 システム ドミノ-RSL 一 般 に 実 績 のある 暗 号 回 路 (3DES,ES 等 )で は, 暗 号 文 の 解 析 では 暗 号 鍵 はわからない 暗 号 回 路 動 作 時 の 消 費 電 力 電 磁 波 により 暗 号 鍵 を 推 定 サイドチャネルアタック 特 に999 年 に 消 費 電 力 を 使 用 するDP (Differential Power nalysis)が 強 力 DES 暗 号 回 路 を 実 装 して 実 際 にサイドチャネル アタックを 評 価 消 費 電 力 の 解 析 暗 号 鍵 を 推 定 Hello World! &% (~=*+ 27 平 文 暗 号 LSI 暗 号 文 28

29 耐 サイドチャネルアタック 回 路 ドミノ-RSL DP 対 策 どのような 演 算 を 行 っても 消 費 電 力 が 一 定 に なる 回 路 乱 数 を 用 いて, 正 / 負 論 理 をランダムに 反 転 Domino-RSL 回 路 (ハザードフリー) x y clk clk x r y z r = a x = a r y = b r z b r は 乱 数 r= r= a a b b x x y y z z Z + r Z + r 3 藤 野 研 究 室 でやりたいこと 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 をアプリケーションに 適 用 特 徴 あるLSI 設 計 技 術 符 号 処 理 に 最 適 化 されたプログラマブルロジック (FPGのような 書 き 換 え 可 能 ハードウエア) 技 術 マスクレス 描 画 技 術 ( 電 子 ビーム 描 画 )を 使 って 世 界 で 唯 一 (ユニーク)のLSIを 作 れる 技 術 耐 タンパ 性 LSI 設 計 技 術 無 線 電 力 転 送 で 動 作 するLSI 設 計 技 術 ( 未 着 手 ) アプリケーション ネットワーク 関 連 技 術 ネットワーク 暗 号 処 理,デジタルコンテンツ 保 護 ウイルス 検 知, 個 人 認 証 可 変 ハードウエアによる 低 消 費 電 力 化 技 術 オンデマンドハードウエア,ユビキダスネットワーク ネットワーク 実 験 と 研 究 セキュリティーシステムの 例 侵 入 検 知 システムSnortの 性 能 評 価 Snortシステムのハードウエア 実 装 ( 低 消 費 電 力 ボードやFPGボードを 使 用 ) ネットワークのウイルス 検 知 をLinux 搭 載 低 消 費 電 力 マイコンで 分 散 処 理 分 散 処 理 用 のパケットディストリビュータはFPG ボードで 開 発 ( 暗 号 処 理,ヘッダー 検 知 は 実 施 ) ネットワーク パケットディストリビュータ ( 暗 号 解 除 ) 3 実 験 室 内 模 擬 ネットワーク 実 験 EthernetポートつきFPG 32 低 消 費 電 力 マイコン

卒 論 までのながれ 大 学 院 について 33 応 用 演 習 春 季 演 習 ( 週 回 ) 院 生 ゼミ 演 習 ( 週 2 回 ) 卒 業 論 文 テーマ 選 定 卒 論 目 次 作 成 28/2-29/ 29/2-3 29/4-6 29/7-9 29/2 ネットワーク,Cygwin 環 境 セットアップ Cプログラミング,SPICE 復 習 研 究 紹 介 C 言 語 の 演 習 ( 簡 単 な 暗 号 プログラム) 論 理 回 路 演 習 (SPICEシミュレーション) LSI 設 計 ツール( 回 路 図,レイアウト,SPICE & 論 理 シミュレーション, 論 理 合 成 ) 修 得 FPGおよびマイコンボード 演 習 ネットワークプログラミング 実 習 Ciscoルータによるネットワーク 構 築 院 生 ゼミの 結 果 から 希 望 調 査 やる 気 のある 学 生 は 夏 休 みも 研 究 7~9 月 に 正 式 決 定 (4 学 生 発 表 ) 卒 論 作 成 前 に 内 容 を 整 理 卒 論 提 出 2/2 卒 論 提 出 休 み(ゼミの 無 い 間 )は,3 月 下 旬 ( 春 休 み)に2~3 週 間,8 月 に3~4 週 間 あります. 34 研 究 の 主 体 は 大 学 院 生 学 会 発 表 Mの 秋 の システムLSIワークショップ + デザイン ガイア が 目 標 です(M2 名,M 5 名 発 表 ) http://icd.ac.isp.ne.jp/ja/workshop/ M2には 海 外 発 表 が 目 標 (M2 名 :サンノゼ) 対 外 交 流 eplx:ルネサステクノロジ VPEX:UC Domino-RSL,ネットワーク: 産 総 研, 三 菱 電 機 今 年 のM2の 就 職 先 東 芝 2 名, 日 立 名,ローム, 村 田 製 作 所, NTTデータ,NTTコムウエア 研 究 室 訪 問 終 わりに 今 週 (アポイントメントなし, 個 人 研 究 室 ) /2( 月 ) 7:3~9:(このあとすぐ) /22( 水 ) 9:3~:2 上 記 以 外 の 個 別 相 談 はメイルで 予 約 してください 配 属 直 前 研 究 室 院 生 の 発 表 も 予 定 しています ( 詳 細 日 程 はHPで 確 認 してください) / ( 月 ) 7:3~9: 研 究 室 デモ 展 示 / ( 火 ) 午 後 院 生 による 研 究 発 表 予 定 /3 ( 木 ) 教 員 (9:-9:5,4:-5:) 面 談, 院 生 懇 談 予 定 HDL~レイアウトまで,LSI 設 計 の 実 践 力 を 修 得 しよう 自 分 のチップを 作 って 評 価! 新 しいLSIの 設 計 技 術 を 研 究 して, 安 全 で 快 適 なネット ワークシステムへ 応 用 しよう 日 進 月 歩 のネットワーク(セキュリティ) 技 術 に 興 味 をもとう 歓 迎 する 学 生 像 いろいろなことに 好 奇 心 があり 興 味 を 深 める 自 分 で 考 えて 行 動 できる 責 任 感 を 持 ってコミュニケーションできる 研 究 室 学 生 のWiki(イントラネット)を 見 ると 当 研 究 室 のア クティビティーの 一 端 が 感 じられるでしょう! http://rh5pt2.bkc.ritsumei.ac.jp/wiki/ 35 36