JP3760614B2 - Semiconductor device and control method thereof - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば全てのブール関数の論理演算が可能な汎用論理回路を構成可能な複数の制御ゲートを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタと、当該絶縁ゲート電界効果トランジスタに制御信号を付与する制御信号生成部とを有する半導体装置、及び、その制御方法に関する。特定的に、本発明は、例えば、前記論理回路が正しい解を得ることができない場合でも、前記制御信号生成部が、いわゆる遺伝的アルゴリズムにより自律収束的に論理回路から所望の解を得る制御信号を生成して論理回路を正しく動作させ、また複数の論理回路間と入力の接続手段、更に学習機能をを付加することで短時間で複雑な論理計算を正確に実行できる自己進化に適した構成の半導体装置と、その制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピューターサイエンス等の分野では、「進化するコンピューター」、「進化するハードウェア」が最近、注目されている。これらは、「遺伝的アルゴリズム」、「人工生命」、さらに最近流行語にもなってきている「複雑性」にも関連し、これらの考え方と相まって発展する様相をみせている。
「進化するハードウェア」とは、これまで機能が固定されていることが前提となっていたシステムのハードウェアに、可変性、プログラム性を持たせ、さらに生命の進化システムを応用した遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithms、以下GAと略す)を用いて、ハードウェアの機能を環境に適応させて進化させようとするものである。
【0003】
「進化するハードウェア」の基礎的な研究、開発はいくつかの研究機関でなされているが、その中で、代表的なGA適用例として、FPGA(Field Programmable Gate Array )、PLD(Programmabl Logic Device)等がある。
以下、下記文献(1)に示されているPLDを用いたものを説明する。
【0004】
文献(1):樋口哲也他:「遺伝的学習によるハードウェア進化の基礎実験」、『遺伝的アルゴリズム』、第10章、産業図書、1993年刊。
【0005】
この文献では、PLDの論理確定に遺伝的アルゴリズム(GA)を用いることにより、所望の組み合わせ回路、順序回路を得る手法を説明している。また、このような手段が将来的に大規模進化システムの基礎となると述べられている。
【0006】
文献(1)に示されているPLDはGAL16V8と呼ばれているもので、一般的であり、また簡易なものである。このPLDの構成図を図13に示す。PLDはアレイ状に配置された接続パターンと論理マクロセル等により構成され、接続の有無、論理機能の選択を制御ビット列の組み合わせで指定することにより、所望の機能を備えた論理回路、すなわちロジックデバイスを得ることができる。入力信号が入る前段のアレイパターンは、各交点にヒューズ、EEPROM等のプログラム素子が設けられ、これらをプログラムすることにより入力信号に対するAND論理を選択できる。ANDがとられた各ラインは、論理マクロセルに入力さら、OR論理を介した後、フリップフロップ等の選択された回路を経て出力される。つまり、PLDは、ANDとORの論理によって構成される加法標準形が基本となり、所望の組み合わせ回路、順序回路等が形成される。
【0007】
文献(1)では、このPLDの論理機能確定に遺伝的アルゴリズム(GA)を使い、「進化するハードウェア」システムを構築することを提案している。
具体的には、まず、PLDの論理を確定する制御ビット列を遺伝子とのアナロジーから染色体とみなし、この染色体をランダムに多数用意する。そして、それぞれの染色体(ビット列)により確定する論理回路について入力パターンと出力の対応を調べ、それぞれの出力結果と所望の出力値を比較し、一致の度合いに応じて染色体の適応度を決定する。一致の度合いが高ければ適応度を高め、低ければ減ずる。そして、適応度の高さに比例する確率で染色体を選択し(自然淘汰)、それらについてビット交叉(交配)、ビットデータ変換(突然変異)を行い、再度、論理出力の比較と適応度評価を行う。このサイクル(世代交代)を何度も繰り返し、最終的に適応度100、つまり、論理が完全に所望のものと一致する制御ビット列を得る。環境が変化して異なる機能が要求されれば、システムは同じ手法を繰り返し、自律適応的に論理を変更し進化していくことができる。
【0008】
文献(1)では、以上のシステムの例として、6マルチプレクサのGAによる論理確定を紹介しており、108ビット長の染色体表現を用い、適応度評価と交叉の2000サイクルの世代交代で正確な解が得られている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術にとりあげたPLDを用いた「進化するハードウェア」システムでは、いくつか問題がある。
【0010】
文献(1)でも指摘されているように、現状のPLDはEPROM、EEPROM等のプログラム素子が用いられているが、書き換え保証回数は100回程度であり、現実には、とても上記例のような2000サイクルのGA操作や、さらに長期的な進化プロセス操作を実現することができない。このため、文献(1)の例では、実デバイス(PLD)を用いてシステムを検証しているのではなく、制御ビット列のGA操作をコンピューター上でシミュレーションするに留まっている。
【0011】
また、EPROM、EEPROM等のデバイスの書き換えには、紫外線消去、オンボードであっても特別な書き換えモードに入る必要性があるので、GA操作を行う際に極めて長い時間がかかる。よって、リアルタイムに環境に適応するような自己適応システムの構築は不可能である。
【0012】
さらに、上述したように、PLDは基本的に積和論理によって構築される加法標準形が基本となっているが、一般的に加法標準形は最も効率の良い論理式とは言えず、回路に冗長な部分が生じ易い。回路が冗長であることは、GA操作では染色体の長さが長くなることになり、GA操作の効率を悪くする。逆に染色体の長さを固定して考えるならば、変化におけるフレキシビリティーが低いことを意味する。
【0013】
また、下記文献(2)では、上述したコンセプトと同様に、超LSIの設計用言語HDLにGAを適用し、LSIの設計を進化的に変化させていく手法を提案している。
【0014】
文献(2):辺見均他:「行動型ハードウェアの進化」、『遺伝的アルゴリズム』、第8章、産業図書、1995年刊。
【0015】
しかし、これもシミュレーション上の実験であり、実デバイスを実際にどのように変化させていくかについては、言及されていない。
【0016】
このように「進化するハードウェア」の実現のために現在提案されたアイデアは、既存のデバイスであるFPGAやPLD、またハードウェア記述言語(HDL)を用いたものであるが、これらの研究は未だシミュレーションレベルであり、ハードウェアを対象にしながらもソフトウェアの研究に留まっている。
このように、実際の「進化するハードウェアシステム」の実現に際しては上述した問題点や課題が多い。とくに、実際にシステムを構成するデバイスとして、現状にPLDに代わる、より適したデバイスが必要となる。
【0017】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、遺伝的アルゴリズムによるシステム進化の可能性を充分に発揮できるデバイスの適用と、この適用に際して効率的な制御手法を提案して、遺伝的アルゴリズムによって自律的に進化するハードウェアとして実用的で実現可能な半導体装置と、その論理確定方法を新たに提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の問題点を解決し、上記目的を達成するために、本発明の半導体装置では、演算論理の変更が可能な汎用論理回路を構成する複数の制御ゲートを有するMISFETを、いわゆる進化するハードウェアの基本デバイスとして用いている。
【0019】
すなわち、本発明の半導体装置では、複数の制御ゲートを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタと、当該絶縁ゲート電界効果トランジスタから所望の出力を得るために前記制御ゲートに付与する制御信号を生成する手段として、用意した電圧レベル群の各電圧レベルを前記絶縁ゲート電界効果トランジスタに入力したときに所望の出力が得られたときは、当該所望の出力が得られる電圧レベルを前記制御信号として出力し、所望の出力が得られないときは、当該出力結果に基づいて電圧レベルの選択及び/又は変更を行い、この選択及び/又は変更を所望の出力が得られるまで繰り返して前記電圧レベル群を収束させ、所望の出力が得られる電圧レベルを前記制御信号として出力する制御信号生成部とを有する。
【0020】
また、複数の入力信号を、その論理の組み合わせに応じた複数のレベルをとる電圧に変換して出力する入力変換部と、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタを含み、その制御信号入力用の制御ゲートに印加される制御信号と他の制御ゲートに前記入力変換部から印加される変換後の入力信号とに基づいて論理確定信号を生成する確定信号生成部と、信号入力に前記入力変換部の出力が接続され、制御入力に前記確定信号生成部の出力が接続され、当該制御入力で受けた前記論理確定信号に応じて決まる所定関数の論理演算を前記入力変換部で変換後の入力信号に対して実行する可変演算部とから構成された論理回路が、前記制御信号生成部に接続されている。
【0021】
この場合、前記制御信号生成部は、好適には、予め用意した複数の電圧レベルを前記論理回路に入力して得られた演算結果を所望の演算結果と比較する比較部と、前記比較の結果から演算結果の一致度に応じた発生確率で新たに複数の電圧レベルを選択する選択部と、選択した電圧レベルを変更する変更部と、これら比較部,選択部及び変更部を制御して、前記演算,比較,選択及び変更を繰り返しながら所望の前記論理確定信号を得ることができる電圧レベルを特定し、前記制御信号として前記確定信号生成部に向けて出力させる制御部とを有する。
【0022】
これら前記入力変換部,確定信号生成部及び可変演算部は、いわゆるνMOSで構築できる。
すなわち、前記入力変換部,確定信号生成部及び可変演算部は、第1の電源電圧と第2の電源電圧の間に直列接続されたp型チャネルとn型チャネルの2つの絶縁ゲート電界効果トランジスタから構成され、当該2つのトランジスタは、半導体のチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁膜上に延在して当該2つのトランジスタ間で共通接続された浮遊ゲートと、当該浮遊ゲート又は浮遊ゲートの連結部上に絶縁膜を介して配置され、印加電圧の組み合わせによって浮遊ゲートの電位を多段階に制御して前記出力の電圧レベルを設定し又はしきい電圧を変更する複数の制御ゲートとを有する。
【0023】
前記入力変換部は2つのトランジスタのソース同士を接続した直列接続点から出力をとり出すソースフォロア接続がなされている。一方、確定信号生成部と可変演算部は、ソースフォロア接続としてもよく、また2つのトランジスタのドレイン同士を接続した直列接続点から出力をとり出すインバータ接続としてもよい。
【0024】
複雑な回路を構築するために好ましい本発明の半導体装置は、前記演算論理を変更可能な複数の論理回路と、当該複数の論理回路間の接続と入力信号の選択を配線接続の有無によってプログラム可能な配線アレイとを有する。この接続アレイは、制御信号生成部により制御させることもできる。この場合、前記制御信号生成部内で用いられる前記電圧レベルそれぞれが、複数の論理回路の制御信号の確定を一括して行い、かつ前記配線アレイ内の配線接続の論理確定を行うために必要な大きさのビット列から構成されている。
【0025】
前記配線アレイは、配線の接続有無を確定するプログラム素子として、半導体のチャネル形成領域上に、当該チャネル形成領域上とゲート間にそれぞれ絶縁膜を介在させて浮遊ゲートと制御ゲートを順に積層させてなる不揮発性メモリ素子を複数有する。このフローティングゲート(FG)を有するフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ素子は、前述したνMOSと同時形成ができ、製造プロセスの共通性の面から好ましい。
【0026】
また、上述した確定信号生成部等を構成するインバータ等におけるしきい電圧の変更は、制御信号による制御に代えて、或いは制御信号による制御に加えて、浮遊ゲートへの注入電荷量の制御で行うことができる。
このタイプの本発明の半導体装置では、少なくとも前記論理確定用可変しきい電圧インバータを構成するトランジスタが、半導体のチャネル形成領域上に、当該チャネル形成領域上とゲート間にそれぞれ絶縁膜を介在させて浮遊ゲートと制御ゲートを順に積層させてなる不揮発性メモリ素子から構成されている。また、この場合の制御信号生成部は、前記確定信号生成部を構成する可変しきい電圧インバータを構成するトランジスタの浮遊ゲートに対し電荷の注入と抜き取りを行って当該インバータのしきい電圧を変更するしきい電圧制御部を有する。
【0027】
本発明の半導体装置の制御方法は、複数の制御ゲートを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタを含む半導体装置の制御方法であって、予め用意した複数の電圧レベルを前記絶縁ゲート電界効果トランジスタに入力したときに得られた出力を所望の出力と比較し、前記比較の結果から出力の一致度に応じた発生確率で電圧レベルを選択及び/又は変更し、これら比較,選択及び/又は変更を繰り返しながら所望の出力を得るための電圧レベルを特定して、前記制御信号として前記絶縁ゲート電界効果トランジスタに出力する。
【0028】
好ましくは、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタを確定信号生成部に含む演算論理が変更可能な論理回路を複数有し、これにより全体の論理回路が構成されている場合に、前記予め用意した電圧レベルとして、論理回路の数に対応し、かつ論理回路間の接続と入力選択に必要な大きさのビット列を用いる。
【0029】
本発明の論理確定方法では、好ましくは、以下に示す幾つかの制御を単独で、或いは組み合わせることによって学習性をもたせることができる。
(1)前記確定信号生成部として、電圧印加がないときにも一旦設定したしきい電圧が保持できるしきい電圧記憶型インバータを用い、当該しきい電圧記憶型インバータのしきい電圧を演算しようとする論理に適した値に設定した後、前記演算,比較,選択及び/又は変更を繰り返しながら前記電圧レベルの特定を行う。
(2)前記論理回路の論理確定後に、前記しきい電圧記憶型インバータのしきい電圧を、次回以降行われる論理演算に最適な値に予め設定する。
(3)前記論理確定後に次の論理演算に備えて行う前記しきい電圧記憶型インバータのしきい電圧の設定は、その後の論理確定において求める論理演算に適した電圧レベルの組み合わせが出来るだけ多くなるように行う。
(4)前記論理の確定ごとに、その論理確定で特定された電圧レベルを記憶しておき、新しく論理の確定を行うに際し、これに先立って行う前記しきい電圧記憶型インバータのしきい電圧の設定では、予め記憶された前記電圧レベル群のうち最も使用頻度が高い論理演算を実現する電圧レベルが得られるようなしきい電圧を設定する。
(5)前記論理の確定ごとに、その論理確定で特定された電圧レベルを記憶しておき、新しく論理の確定を行うに際し、予め記憶された前記電圧レベルのうち、最も使用頻度が高いものから順に、前記演算,比較,選択及び変更を行う。
【0030】
また、少なくとも前記変換後の入力信号,論理確定信号の内部信号と前記電圧レベルを示す信号とは、3値以上に多値化したもの或いはアナログ信号を用いると、更に効率化が図れて好ましい。
【0031】
以上述べてきた本発明の半導体装置は、シミュレーションではなく実際に実現可能に具体化され手段によりGA手法を適用した半導体デバイスである。
このGA手法が適用される対象として、本発明の半導体装置ではνMOS、又はこれを用いた演算論理を変更可能で簡易な構成の論理回路を有する。適用対象が論理回路の場合、GA手法が所望の論理演算を得るための制御信号の生成に適用され、具体的には、制御信号生成部が実際の演算結果をもとに自律的な過程で制御信号を生成する。
【0032】
この論理回路とGA手法による論理制御との組み合わせによって、機能を用途に応じて変更/拡大する大規模なICの実現が可能となる。なぜなら、通常の論理回路では機能を固定して、それに最適な配線等の設計的な要素が加味されているので、機能が変更されると設計な最適ポイントが狂って誤動作を誘うが、GA手法による論理確定では、正常動作が個々の論理回路レベルで確実に保証され、動作精度が格段に高いものとなる。
従来のGA手法の適用例では、ある決まったプログラム状態における機能を正確に動作させるためだけにGA手法が用いられていたのに対し、本発明では、正常動作の確保に加え、機能自体の変更にGA手法が用いられているので、遺伝的アルゴリズム操作における柔軟性、多様性が高い。
【0033】
この論理確定手法を、複数の論理回路間の接続及び入力選択を含めた論理回路間制御に適用した場合、複数の論理回路からなるブロック全体、或いは集積回路全体で動作精度が高くなり効率が増す。また、簡易な回路(論理回路)を用いており、接続のための接続アレイも簡素である。
加えて、論理回路に汎用性があるので、欠陥があって動作不能な論理回路を他の不使用な論理回路で、必要に応じて機能を変更しながら置換して用いることができ、これにより機能が固定された従来の論理IC等では不可能であった自動的に欠陥部分を使わないようにする特性、即ち自己欠陥回避性がある。なお、従来の機能変更できるデバイス、例えばPLDでは機能変更を大規模なアレイに依存しており、機能変更に時間がかかるので自己欠陥回避は不可能である。
さらに、周囲の環境変化、例えば温度変化,入力信号の劣化或いはノイズ環境の劣化等があった場合、各論理回路に対し、その環境において所望の演算結果を得ることができる制御信号が付与されるので、誤動作することなく自律的に適応できる、即ち環境適応性がある。たとえば、これらの環境変化によって、従来構成では動作マージンがなくなったり、或いは例えばNANDとANDの論理が逆転して誤動作する場合でも、本発明では論理回路を正しい解を得られるように制御するので、飛躍的に誤動作の確率が低減する。
さらに、先に列挙した幾つかの学習機能の付加と、幾つかの高効率化を進める制御を行うと、回路自体を簡素化できるうえ、予備的な並列処理が付加されて制御信号の変更範囲が制限されるために、同じような論理演算を繰り返すうちに自然と処理速度が向上する。この結果、機能または性能の拡大余地が生まれる。
【0034】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体装置及びその制御手法は、これまでのコンピューター等のソフトウェアによってその機能を変更してきたもの、或いはPLD等のようにメモリアレイに依存した機能変更と異なり、ハードウェア(本発明では、例えば単位論理回路の機能(ロジック))自体を変えることにより、動作の並列性に起因する処理速度の高速化や機能性等の面において、より最適なシステム(半導体装置及びその制御方法)の実現を可能とするものである。
【0035】
本発明は、「進化するハードウェア」に最適なシステムを半導体デバイスの構造とその制御方法のレベルから提案するものである。すなわち、本発明の半導体装置は、νMOS、又はνMOS等からなり演算論理を変更可能な簡素な構成の論理回路を組み込んだハード構成と、そのオペレーション手段を有する。また、本発明の制御方法では、例えば、論理回路の論理確定オペレーション方法のほか、更に動作の効率化ができるνMOSの改良と制御方法、高効率ができる制御方法、或いは自己学習性をもたせた制御方法を新たに提案する。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明の半導体装置の制御方法に関し、論理回路の論理確定を内部に備えた制御手段を用いて制御する場合を例として説明する。しかし、本発明の制御方法は、論理確定制御に限定されず、νMOSの特性制御(例えば、しきい電圧の設定/変更制御)等に広く適用可能であり、また、内部手段による制御に限定されず、半導体装置の外部から制御する場合も含むものである。
【0036】
第1実施形態
図1は、本実施形態に係る半導体装置の要部を示す構成図である。
この半導体装置1は、論理回路10,GA操作部20(本発明の“制御信号生成部”に該当),及びメモリ部30を有する。
【0037】
本実施形態では、進化システムを構築する基礎デバイス(論理回路10)として、下記文献に記載され、東北大学から発表されているνMOSと、それを用いた論理回路(ソフト・ハードウェア回路、以下SH回路と略す)を用いる。
【0038】
文献(3):Shibata,T. and T.Ohmi,“An Intelligent MOS Transistor Feauturing Gate-Level Weighted Sum and Threshold Operations,”,IEDM,1991。
文献(4):柴田直,「新概念のMOSトランジスタ、単体でニューロン機能など実現」、日経マイクロデバイス、1992年1月号、p101。
文献(5):Shibata,T.,T.Ohmi,“Real-Time Rconfigurable Logic Circuits Using Neuron MOSTransistor ”,ISSCC,p236,1993。
【0039】
〔νMOS〕
図2に、νMOSの断面構造を示す。
νMOSは、通常のMOSトランジスタのゲート電極を電気的にフローティング状態とし(以下、フローティングゲート、又は単にFGと称す)、これと容量結合する複数の制御ゲート(以下、コントロールゲート、又は単にCGと称す)を設けた構造となっている。なお、図2において、符号100は半導体基板、102はソース不純物領域、104はドレイン不純物領域、106はゲート絶縁膜、108はゲート間絶縁膜を示す。
フローティングゲートFGは、コントロールゲートCGに印加される信号に応じて、その電位φf が容量カップリングによって持ち上がり、電位φf がある一定のゲート閾値電圧以上となるとトランジスタがONする。
このとき、フローティングゲート電位φf は、図2(b)に式で示すように、各コントロールゲート印加電圧V1〜Vnを容量比に応じて重み付けした値の総和によって表される。この特性を利用し、νMOSトランジスタをnMOSとpMOSで組み合わせると、D−A変換器、可変しきい電圧インバータ等さまざまな機能を持った回路を簡単に構成することができる。
【0040】
〔SH回路(ソフト・ハードウェア回路)〕
図1の論理回路10を構成するSH回路は、2bitのバイナリ入力信号I1、I2に応じてVoutを出力する論理演算回路であり、制御信号Va,Vb,Vcに応じ、AND,OR,NAND,NOR等の16個のブール関数を全て演算できる。
【0041】
本実施形態の回路構成は、“入力変換部2”(入力部)を構成する2bitD−A変換器、“可変演算部6”(出力部)を構成する4入力の可変しきい電圧インバータ(演算用可変しきい電圧電圧インバータ8)、“確定信号生成部4”を構成する2入力可変しきい電圧インバータA〜Cの3つの部分に大別される。それぞれの部分は、いずれも、図1に示すような構成で上記のνMOSトランジスタを使用している。
入力部のD−A変換器は、電源電圧Vddと接地電位GNDとの間に直列接続されたnMOS2aとpMOS2bから構成され、そのフローティングゲートFG2が共通で、またコントロールゲートがCG21〜CG23と3個配置されたνMOS構成となっている。第1及び第2のコントロールゲートCG21,CG22には、それぞれ入力信号I1,I2が印加され、第3のコントロールゲートCG23は接地されている。
【0043】
このような構成のD−A変換器は、第1及び第2のコントロールゲートCG21,CG22の面積比が1:2となっており、nMOS2aとpMOS2bの共通接続されたソースから出力が取り出されたソースフォロア接続となっているので、入力信号I1,I2(バイナリ信号)の組み合わせにより(0,Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4)の4値信号を作り出す。
【0044】
2入力可変しきい電圧インバータA〜Cは、図3にインバータAで代表して示すように、それぞれ電源電圧Vddと接地電位GNDとの間に直列接続されたpMOS4aとnMOS4bから構成され、そのフローティングゲートFG4が共通で、またコントロールゲートがCG41,CG42と2個配置されたνMOS構成となっている。第1のコントロールゲートCG41は、D−A変換器(入力変更部2)の出力(変換後の入力信号)が印加され、コントロールゲートCG42は、インバータA,B,C毎にそれぞれ前記GA操作部20からの制御信号Va,Vb,Vcが入力される。
【0045】
このような構成の2入力可変しきい電圧インバータA〜Cは、フローティングゲートFG4(通常のゲート電極に該当)が共通接続され、かつpMOS4aとnMOS4bの共通接続されたドレインから出力が取り出されたインバータ接続となっている。また、第1及び第2のコントロールゲートCG41,CG42の面積比が1:1となっていることから、2入力可変しきい電圧インバータA〜Cの反転電圧Vinv(a)〜Vinv(c)は、例えばインバータAではVinv(a)=Vdd−Vaなどとなるように設計されている。したがって、制御信号Va,Vb,Vcの値で決まるしきい電圧と、D−A変換後の入力信号(多値信号)の電圧レベルとの組み合わせに応じて、2入力可変しきい電圧インバータA〜Cの各出力電圧(以下、論理確定信号ともいう)V2,V3,V4は、それぞれ0またはVddの値をとる。
【0046】
一方、4入力の演算用可変しきい電圧インバータ8は、図1に示すように、電源電圧Vddと接地電位GNDとの間に直列接続されたpMOS8aとnMOS8bから構成され、そのフローティングゲートFG8が共通で、またコントロールゲートがCG▲1▼,CG▲2▼,CG▲3▼,CG▲4▼と4個配置されたνMOS構成となっている。第1のコントロールゲートCG▲1▼に、D−A変換器(入力変更部2)の出力電圧V1(変換後の入力信号)が印加され、コントロールゲートCG▲2▼〜▲4▼には、それぞれ2入力可変しきい電圧インバータA,B,Cの論理確定信号V2,V3,V4が印加される。
【0047】
この4入力可変しきい電圧インバータ8は、フローティングゲートFG8が共通接続され、かつpMOS8aとnMOS8bの共通接続されたドレインから出力が取り出されたインバータ接続となっている。また、第1〜第4のコントロールゲートCG▲1▼〜CG▲4▼の面積比が4:2:1:1となっていることから、この各ゲートの結合容量C1〜C4は、全容量をCtot とすると、それぞれC1=Ctot /2,C2=Ctot /4,C3=C4=Ctot /8と表すことができる。コントロールゲートCG▲2▼〜CG▲4▼によって、当該4入力可変しきい電圧インバータ8のしきい電圧Vinv(8)が8通りの組み合わせで容量比としては、0,Ctot /8,2Ctot /8,3Ctot /8,4Ctot /8の5値で制御され、その値は以下の(1)式で与えられる。
【0048】
【数1】
Vinv(8)=Vdd−2(V2/4+V3/8+V4/8) …(1)
【0049】
この電圧V2〜V4で決まり5値をとり得るしきい電圧Vinv(8)と、D−A変換後の入力信号(多値信号)の電圧レベルV1との組み合わせに応じて、当該4入力可変しきい電圧インバータ8のON/OFFを制御する。4入力可変しきい電圧インバータ8の出力は、インバータ12を介して出力信号Voutとして外部に取り出される。
【0050】
この4入力可変しきい電圧インバータ8は、GA操作部20から加える制御信号Va,Vb,Vcの値によって生成される論理確定信号V2〜V4の組み合わせで演算論理が決定され、入力信号I1,I2の2値(“1”と“0”)の組み合わせに対して、出力信号Voutからは所定の論理による演算結果に合致した電源電圧Vdd(“1”に対応)と接地電位(“0”に対応)の組み合わせが得られる。
【0051】
たとえば、図4(a)に示す入力信号(I1,I2)と出力信号Voutと関係において、制御信号(Va,Vb,Vc)が(0,0,Vdd)が入力されたとする。
制御信号Vaが0のときに、変換後の入力信号V1が(0,Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4)の何れに変化しても、論理確定信号V2〜V4は全てVddとなる。また、制御信号VaがVddのときに、変換後の入力信号V1が(0,Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4)の何れに変化しても、論理確定信号V2〜V4は全て0となる。つまり、入力信号V1が(0,Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4)に変化しても、論理確定信号(V2,V3,V4)は(Vdd,Vdd,0)と一定であり、前記(1)式で示す4入力可変しきい電圧インバータ8のしきい電圧Vinv(8)はVdd/4で変化しない。
この結果、入力信号V1が“0”のときはインバータ8が反転しないのでVoutは“0”となるが、V1が(Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4)のときは何れもインバータ8が反転しVoutは“1”となる。つまり、入力信号(I1,I2)が(0,0)のときのみ出力信号Voutが“0”で他の組み合わせでは出力信号Voutが“1”(Vdd)をとるOR論理の出力が得られる。
【0052】
同様に、(Va,Vb,Vc)=(Vdd/4,Vdd/4,Vdd)ならばXOR論理、(Va,Vb,Vc)=(Vdd,Vdd,0)ならばAND論理となる。このようにして得られた(Va,Vb,Vc)の組み合わせと、その時のVoutの関係を図4(b)にまとめて示す。
このように、バイナリ2入力(4値)の論理回路10(SH回路)では、演算用可変しきい電圧インバータ8を4入力νMOSインバータで構成し、また、それぞれが5値の制御信号(Va,Vb,Vc)からバイナリ信号(論理確定信号)を生成して、これにより4入力νMOSインバータの3つのしきい電圧制御電極を駆動することにより、16個の関数をすべて表現する出力を得ることができる。
【0053】
同様に、論理回路をバイナリ3入力(8値)に対応する構成とすれば256個の関数が、また、バイナリ4入力(16値)対応とすれば2万5536個の関数を任意に指定し、演算することができる。
【0054】
〔GA操作部(制御信号生成部)〕
つぎに、図1におけるGA操作部20の具体的構成例と、その動作(GA操作)について説明する。
図5は、GA操作部20の具体的構成例を示すブロック図である。
本例のGA操作部20は、制御信号Va〜Vcを実際の論理回路に適合した値に確定するものであり、比較部21、選択部22、変更部23、制御部24および出力部25から構成されている。
このGA操作部20は、用意した数値列群から選択した数値列を図1の論理回路10に入力したときに得られる結果に基づいて、数値列の再選択と変更を行い、これを所望の演算結果が得られる制御信号Va〜Vcを生成するまで繰り返して数値列群を自律収束させるものである。GA操作という名称は、これらの一連の動作が、数値列を遺伝子とみたてたときに、そのDNA配列の適応度を評価し(比較)、適応度に応じた発生確率で数値列を選択し(選択)、DNA配列(ビット列)を交叉または変異させ(変更)、再度遺伝子の組み換えを行って再度上記手順を繰り返す遺伝進化の過程に似ていることから付けられたものである。
なお、各構成の詳しい動作は、次に述べるGA操作で説明する。
【0055】
〔GA操作〕
図6は、νMOSを用いた進化システムの動作手法を説明するために、1つのSH回路を用いて、遺伝的アルゴリズム(GA)により、SH回路の論理を確定していく手順を示すフロー図である。ここでは、一例として、OR回路の導出について示す。
【0056】
先の図1に示す2bit入力のSH回路10では、その論理を確定するのにVa,Vb,Vcのそれぞれに、(0,Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4,Vdd)の5値信号のいずれかを加えることとした。これは、2値に置き換えるとそれぞれの制御信号について3ビット(但し、3値分冗長となる)であり、合計9ビットの情報が必要となる。
【0057】
本例では、この論理を確定する9bitをGAにおける染色体とみなす。つまり、制御信号Va,Vb,Vcが取り得る値(0,Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4,Vdd)をそれぞれ(000,001,010,011,100)に対応させ、これらの3端子についての並び(aaa,bbb,ccc)を染色体とする。ここで、a〜cは“0”又は“1”であり、制御信号はVa=(aaa),Vb=(bbb),Vc=(ccc)で表される。
そして、図6のステップST1では、初期状態として、この染色体を何通りか用意する(図6では、4通りのみ例示)。この染色体の抽出は、図5の構成例では、例えば制御部24がメモリ部30と出力部25を制御して、順次行う数値列(染色体)の出力制御で達成される。
【0058】
ステップST2では、用意した染色体(制御信号)の適応度Sを評価する。具体的に図5の例では、出力部25から順次出力された数値列(染色体)が論理回路10に制御信号Va,Vb,Vcに分けて各制御端子に入力され、そのときの出力信号Voutが比較部21にフィードバックされる。また、制御部24の制御を受けてメモリ部30から所望の演算結果(出力信号Vout’)が比較部21に送られる。
比較部21は、両出力信号Vout,Vout’を比較して、入力信号の組み合わせに応じた出力信号D1〜D4(図4参照)ごとに、一致度を判定する。このとき、出力信号D1〜D4が全て一致すれば適応度4、全て一致しなければ適応度0となる。
たとえば、図6に4つ例示する最初の染色体1では、(Va,Vb,Vc)=(001,011,011)であり、図4(b)の真理値表を参照すると、この場合はNOR出力となるので、所望のORと出力信号D1〜D4が何れも一致しないことから、適応度Sは“0”と判定される。同様に、図6の染色体2は1出力が一致して適応度1、染色体3は2出力で一致して適応度2、染色体4は3出力で一致して適応度3と判定される。
【0059】
適応度4の染色体が一つでも存在すれば、この染色体が実際の論理回路10で所望の演算結果を得るために正しい制御信号として確定し、フローが終了する。
【0060】
適応度4が存在しない場合は、フローがステップ3に進み、求めた適応度Sに応じた確率で染色体の組が選択される。この選択は、図5の制御部を介して適応度情報を受け取った選択部22により実行される。たとえば、図6の例では、最も適応度が高い染色体4と次に適応度が高い染色体3の組が1/2の確率で選択され、染色体4と三番目に適応度が高い染色体2の組と、染色体2と3の組が、それぞれ1/4の確率で選ばれている。選択後の染色体の組は変更部23に送られる。この染色体操作により、適応度が低いものほど選択から漏れて自然淘汰され、適応度が高いものほど存在確率が高くなる。
【0061】
ステップST4では、例えば図5の変更部23において、選択後の染色体の組に対しビット交叉またはデータ変異が実行される。本例におけるビット交叉」とは、各染色体の組間で、異なるビットがある場合、そのビットをVa〜Vcごとに一つだけ交換することをいう。また、図6の例では具体的に実施していないが、「データ変異」とは、例えば、新しくつくられた新染色体の任意のビットをVa〜Vcごとに一つだけ反転することをいう。
ビット交叉またはデータ変異によって、新たな染色体が生成されたことになり、これが図5の出力部25に送られる。
【0062】
ステップST5では、例えば図5の出力部25において、古い染色体群が新たな染色体群と置き替えられ、最初の世代交代が終了する。次いで、フローが再度、ステップST2に戻り、適応度Sの評価(ST2),染色体の組選択(ST3),ビット交叉またはデータ変異(ST4)のサイクル(世代交代)を、適応度100%(図6の例では、適応度4)の染色体が得られるまで繰り返す。
適応度100%の染色体は、メモリ部30に格納され、必要に応じて制御信号として論理回路の動作に供せられる。
【0063】
なお、以上の説明はGA適用の一例であり、初期の染色体数、適応度評価法、染色体の選択法、ビット交叉データ変換手法は、使用状況に応じて最適な手段が選ばれる。
また、論理回路の機能の変更は、制御部24がメモリ部30から読み出す所望の演算結果を変えるだけで、後は上述した手順を実行することで容易に達成される。
さらに、同じ論理回路に対し論理確定が繰り返され、同じ論理回路は同じ論理関数で用いられることが多い場合では、ステップST1で数値列を用意する際、使用頻度が高いほうのものから染色体を選ぶようにすると、世代交代のサイクル数が少ない段階で希望の数値列を特定できる。つまり、数値列選択に学習機能を持たせることにより、効率の向上を図るようにすることができる。
【0064】
本実施形態の半導体装置は、シミュレーションではなく実際に実現可能に具体化された手段によりGA手法を適用した半導体デバイスである。本半導体装置の論理回路は、演算論理を変更可能なものとしては、例えば従来のPLD等に比べ簡易な構成を有する。また、演算論理の確定が制御信号の変更で済むためリアルタイムで論理を変更しながら動作することが可能である。
本実施形態では、この制御信号の確定にGA手法が適用され、GA操作部(制御信号生成部)が実際の演算結果をもとに自律的な過程で、実際の論理回路に適合した制御信号を生成する。通常の論理回路では機能を固定して、それに最適な配線等の設計的な要素が加味されているので、機能が変更されると設計の最適ポイントが狂って誤動作を誘うが、GA手法による論理確定では、正常動作が個々の論理回路レベルで確実に保証され、動作精度が格段に高いものとなる。
また、周囲の環境変化、例えば温度変化,入力信号の劣化或いはノイズ環境の劣化等があった場合、論理回路に対し、その環境において所望の演算結果を得ることができる制御信号が付与されるので、誤動作することなく自律的に適応できる、即ち環境適応性がある。たとえば、これらの環境変化によって、従来構成では動作マージンがなくなったり、或いは例えばNANDとANDの論理が逆転して誤動作する場合でも、本発明では論理回路を正しい解を得られるように制御するので、飛躍的に誤動作の確率が低減する。これに加え、本実施形態では、機能自体の変更にGA手法が適用できるので、遺伝的アルゴリズム操作における柔軟性、多様性が極めて高い。
【0065】
第2実施形態
上述した第1実施形態では、SH回路にGAを適用する手法を説明することを主目的として1つのSH回路に着目した。この場合、設計,プロセス上の要因、環境要因に対する動作精度が高い利点があったが、それらの要因による誤動作の心配がない場合では、実際に1つのSH回路の論理を確定するビット列は、真理値表から求めたものと一致して容易にわかるので、論理確定のためにわざわざGAを使用する利点は薄い。しかし、複数のSH回路を用いて大規模な回路を形成する場合は、所望の回路を確定する全ビット列を得ることは容易でなくなるため、GAによる論理確定手法がより重要となる。
【0066】
本実施形態では、複数のSH回路と配線接続手段を組み合わせて用いる半導体装置と、その組み合わせ回路をGAにより自動構築する手法を説明する。その際、簡単な組み合わせ回路として、マルチプレクサ回路を例示して、その構成と生成(自動構築を含む)動作とを説明する。
【0067】
図7は、本実施形態の論理回路例としたマルチプレクサを示す図である。また、図8は、図7のマルチプレクサの等価回路図である。
本例のマルチプレクサ40は、図7に示すように、4つの入力端子にそれぞれ入力される4データI1〜I4の何れかを2つのアドレスビットA1,A2の組み合わせで選択的に単一な出力端子から出力する6入力のマルチプレクサ(6マルチプレクサ)である。この6マルチプレクサ40は、等価回路上では、その初段に各入力信号A1,A2及びI1〜I4をそれぞれ反転する6つのインバータINV1〜INV6を有する。インバータINV1〜INV6の出力は、制御信号A1,A2、その反転信号A1_,A2_、及び入力信号I1〜I4の反転信号のうち、3信号を入力する4つのアンド回路AND1〜AND4に接続されている。アンド回路AND1にA1_,A2,I3_が入力され、アンド回路AND2にA1_,A2_,I4_が入力され、アンド回路AND3にA1,A2,I1_が入力され、アンド回路AND4にA1,A2_,I2_が入力される。これらアンド回路AND1〜AND4の出力は、最終段のノア回路NORに接続されている。
【0068】
このような構成のマルチプレクサ40は、(A1,A2)=(0,0)のとき、4つのAND回路のうち出力が1になる可能性があるのはアンド回路AND2のみであり、したがって、入力信号I4の論理状態に応じて当該マルチプレクサ40の出力が変化する。つまり、(A1,A2)=(0,0)のとき入力信号I4が選択されて出力される。
同様に、(A1,A2)=(1,0)のとき入力信号I2が選択され、(A1,A2)=(0,1)のとき入力信号I3が選択され、(A1,A2)=(1,1)のとき入力信号I1が選択され、それぞれ出力される。
【0069】
図9には、SH回路の組み合わせのベースとなる配置パターンを、上記図7及び図8に示す6マルチプレクサ40を例に示す。
図9中、SH1〜SH3は図1で示したのと同様な論理回路(SH回路)であり、これらSH回路SH1〜SH3で図8における最終段のノア回路NORを構築している。つまり、SH1とSH2で2つの2入力OR回路を並列に設け、その2入力OR回路の各出力を入力とする単一の2入力NOR回路をSH3で実現している。
このような複数のSH回路の配列に対し、各SH回路に入力するピンを選択する接続アレイが存在する。接続アレイは、その接続パターンをデータ入力ピンとSH回路入力ピンのマトリックスの各交点について指定でき、SH回路への入力信号は、SH回路入力ピン上に接続されたピンのAND論理となる。つまり、この接続アレイによって、図8の4つのAND回路AND1〜AND4と、その入力選択が実現されている。
さらに、各SH回路間の接続を行うために、各SH回路の入力ピンには、任意のSH回路の出力からのフィードバックが接続可能であり、これも上記と同様にマトリックス指定できる。
そして、これら入力とは別に各SH回路の制御端子に入力する制御信号(Va,Vb,Vc)を指定するマトリックスが存在する。このマトリックスは、先に第1実施形態で記述したように、図示しないGA操作部20によって制御電圧値(0,Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4,Vdd)の中から、GAによる論理確定手法で所望の演算結果(ここでは、図8の回路ロジック)を得るために最適な電圧を選択することができ、これによりSH回路の論理を確定する。図9は、真理値表にしたがった通常の論理確定結果で各SH回路が動作できる場合を例示している。但し、図9において制御電圧の接続点は実際に接続設定をする手段が設けられているのではなく、単に、GA操作部20による制御電圧の選択パターンを示すに過ぎない。これに対し、データ入力ピン、場合によってはフィードバック制御ピンとの接続点は、接続設定をする手段が実際に設けられている。
【0070】
これらのマトリックスの接続手段は幾つか考えられるが、回路の書き換えを頻繁に行うことを考慮すると、フラッシュメモリ素子型のスイッチが望ましい。フラッシュメモリ素子は、図2に示したνMOSと同様に、フローティングゲート型のMOS構造をしているので、デバイスの製造上、SH回路を構成するνMOSと同時に形成することができ、製造コスト等の面において極めて有利である。
また、書き換え方式にもよるが、その書き換え可能回数も1×106 回程度、保証でき、この点でも有利である。
【0071】
このような配置の回路において、各アレイの接続情報の確定とSH回路の制御電圧情報の確定は個別に設けたGA操作部により行ってもよいが、その2つの情報を一つの染色体とみなすと、一つのGA操作部で配線接続と論理関数の確定を同時に行うことができる。
本例の場合、即ち6マルチプレクサの構築では3つのSH回路ブロック(SH1〜SH3)を使用することから、これによる染色体数は、データ入力ピンの接続アレイにおいて72ビット、フィードバックアレイに24ビット、論理規定ビット27ビットの計123ビットとなる。なお、制御電圧の指定は、各マトリックスの接続の有無で決めるのではなく、先の第1実施形態と同様に、1制御端子につき3ビットでSH回路ごとに9ビット、3個のSH回路合計で27ビットにより決定される。
【0072】
このような大きさの染色体を複数用意し、これらに対し先の第1実施形態と同様に図6で示した手順でGA操作を行う。そして、その結果、最終的に図9中の黒点を接続とする回路が解として得られる。
【0073】
以上の手法を利用すると大規模な進化システムの構築が可能となる。つまり、外部環境の変化に応じて最適なレスポンスを行うデバイス(機能回路ブロック)を必要とする時、このリアルタイムで論理を確定する必要があるデバイス部分を幾つかのSH回路で実現し、機能回路ブロックの出力を基に適応度評価を行うGA操作部等の論理確定部の結果を外部から各SH回路に与えてやれば、機能回路ブロック全体が自律的に最適な回路構成と出力を探索してくることができる。なお、接続アレイを有する場合、そのマトリックス設定は、通常の不揮発性メモリ素子等を書き込み/消去する制御で達成できることから、ここでの説明は省略する。
【0074】
上述した本実施形態に係る半導体装置は、従来例に対して以下の利点がある。
まず、本例(図9)とPLDの構成(図13)を比較してみると、入力部にANDアレイを用いるところは同様であるが、本実施形態で図示した回路構成は、PLDの論理マクロに相当するものを、SH回路に置き換えた構成になっている。
通常、PLDのプログラミングは、AND論理とOR論理の組み合わせによって回路を構成する加法標準形が基本となっていおり、論理マクロの部分には、OR論理やXOR、また、順序回路を構成する時に使用するフリップフロップなどの回路が含まれる。よって、6マルチプレクサのような単純な回路の構成においても、論理マクロのような大きな規模の回路群が必要となってしまう。
しかしながら、本実施形態で図示した回路構成は、その論理マクロ部をSH回路で置き換えており、デバイスのゲート規模を小さく抑えることが可能となる。
【0075】
本実施形態では、SH回路が任意のブール関数を設定できることから、全体の回路構成も加法標準形に制限されることはない。よって、最終的な全体の回路構成もPLDの場合に比べ簡略化されたものが形成される。また、それは、遺伝的アルゴリズムを使用した場合に、より少ない染色体数で所望の回路を形成できることを意味し、柔軟性、多様性の高い進化システムの構築が可能となる。
【0076】
本実施形態では、制御電圧の切り替えを単純に電源切り替え回路を用いているので、PLDの接続変更に比べて、はるかに高速の切り替えが可能となる。PLDを用いた進化システムでは、高速なプログラミングが難しいために、リアルタイムに変化していくシステムの構築は困難であったが、本実施形態では、高速でのハードウェアプログラミングが可能となり、リアルタイムに変化していくシステムの構築が可能となる。
【0077】
最後に、本実施形態における変更可能な事項を幾つか指摘しておく。
【0078】
まず、上記説明では、1つのSH回路の制御電圧の指定に第1実施形態と同様に9bit(3つのSH回路で合計27bit)を用いるとしたが、直接、16個のブール関数の内から1つを選択するようにすると、1つのSH回路について4bit、計12bitで済む。この点は、第1実施形態においても同じである。
また、図9の回路構成例では2入力のSH回路を用いているが、3端子の或いは4端子等、入力端子を多数有する多入力型のSH回路を使用すれば、より簡略化され、さらに、柔軟性、多様性の高いシステムを構築することができる。
【0079】
本実施形態において図示した回路構成(図9)では、入力部にANDアレイを用いているが、これらを用いずに、外部入力を直接SH回路に接続する構成も可能である。また、以上の説明では、図8の各AND回路を接続アレイで実現したが、これを例えば多入力のANDに関数指定された複数のSH回路で置き替えることもできる。さらに、同様にフィードバック制御も複数のSH回路で置き替えることも原理的には可能である。
【0080】
上述した説明では組み合わせ回路について言及したに留まっているが、図9の回路構成に対し、さらにフリップフロップ等の回路を組み合わせれば、順序回路の構成も可能となる。
また、図9の回路構成は、接続アレイの接続と、制御電圧を選択することにより、単にPLDもしくはFPGA等と同様なプログラマブルデバイスとして使用することも可能である。
【0081】
第3実施形態
先の第1(及び第2)実施形態では、2入力可変しきい電圧インバータA〜Cのしきい電圧の設定/変更を制御電圧Va〜Vcによって行っていたが(図3)、本実施形態では、可変しきい電圧インバータを構成するフローティングゲートFG中に電荷を注入し、もしくはFGから電荷を引き抜くことにより、外部からではなく内部状態としてしきい電圧を記憶できるようにした実施形態である。
このフローティングゲートの電荷量により記憶を保持する方法は、現在実用化されているフラッシュメモリやEEPROMのデータ記憶/消去方法と原理的に同じものである。
【0082】
図10(a)は、本実施形態に係る2入力可変しきい電圧インバータの平面図、図10(b)は同断面図である。
この2入力可変しきい電圧インバータ50では、p型半導体基板51に形成されたnウェル52と、その他のp型半導体基板領域との表面部分に素子分離絶縁膜53が形成されている。nウェル52内の素子分離絶縁膜周囲(pMOSの能動領域)と、p型半導体基板内の素子分離絶縁膜周囲(nMOSの能動領域)にぞれぞれゲート絶縁膜54p,54nが形成されている。ゲート絶縁膜54p,54n上と、両者間の素子分離領域53上には共通なフローティングゲートFGが積層されている。
【0083】
このνMOSトランジスタでは、外部からのしきい電圧制御信号は必要としないので図3で示されたVa端子は存在しない。その代わりに、フローティングゲートFG上に、その注入電荷量をコントロールする電荷注入制御ゲートCGW/E がゲート間絶縁膜55を介して積層され、また、これと並んでD−A変換器からの変換後の入力信号が印加される制御ゲートCGが、フローティングゲートFG上にゲート間絶縁膜56を介して配置されている。なお、第1及び第2実施形態で使用したような通常のνMOSトランジスタでは、フローティングゲート下のゲート絶縁膜の厚さは、通常10nm〜20nm程度の厚めの膜に設定するが、本実施形態では、フラッシュメモリと同様に10nm以下の薄い酸化膜を使用する。
【0084】
このような構造の2入力可変しきい電圧インバータ50において、基板を0Vに保ち、電荷注入制御ゲートCGW/E に正の高電圧(例えば、18V程度)を印加すると、基板からフローティングゲートFGへ電子が注入される。フローティングゲートFGへ電子が注入されると、これが負に帯電し、D−A変換器からの信号入力端子からみたインバータの見かけ上のしきい電圧は上がることになる。逆に、電荷注入制御ゲートCGW/E に負の電圧を印加して、基板に電子を引き抜くか、基板からホール(正電荷)を注入してフローティングゲートFGを正に帯電させることにより、見かけ上のしきい電圧は下がる。そこで、電荷注入量をコントロールし、5段階のしきい電圧を設定すると、外部信号を必要としない2入力可変しきい電圧インバータを構成することができる。このしきい電圧は、チップの電源電圧をOFFしても状態が消失しない不揮発性となる。
よって、このようなしきい電圧書き込み操作を、SH回路の論理の確定段階において行えば、内部状態としてしきい電圧、つまり確定論理を保持することができる。消去操作は、上記書き込みの場合とゲート絶縁膜にかかる電界方向を逆として、同様に行う。
図11には、このしきい電圧書き込み/消去を行う手段、即ちしきい電圧制御手段57を、しきい電圧記憶型の2入力可変しきい電圧インバータ50とともに示す。
【0085】
本実施形態では、通常の論理関数を確定において、同じ論理関数が連続して用いられる場合等にあっては、一旦論理関数を確定すればその状態が保持できるので、多数のSH回路に共通な書込・消去制御手段57を設け、必要な箇所の論理関数の書き換えを行う制御ができ、時間的な効率化を図ることができる。また、例えば図示しないGA操作部により、SH回路で所望の演算結果が得られる論理関数を確定した後に論理関数を固定したいときに、この書込・消去制御手段57を用いる制御も可能である。
【0086】
第4実施形態
本実施形態では、上記第3実施形態で示した電荷注入量の調整によるしきい電圧の設定を、先の第1及び第2実施形態で示す制御電圧の印加とともに併用して、論理関数の確定制御を行う場合について示す。
【0087】
本実施例の可変しきい電圧インバータは、図10に示される構造と基本的には同じである。ただし、図10で示した電荷注入制御ゲートCGW/E をしきい電圧制御信号の入力制御ゲートと兼用する(以下、兼用コントールゲートと称する)。この切り替えは、各オペレーションごとにスイッチの切り替えによって行われる。
第1及び第2実施形態の2入力可変しきい電圧インバータでは、D−A変換器(入力変換部2)から変換後の入力信号が入る端子からみたしきい電圧は制御電圧のみによってコントロールされるが、本実施形態では、さらに第3実施形態とと同様にフローティングゲートへの電荷注入を行い、しきい電圧設定のパラメータを増やしている。このようにすると、制御電圧によってコントロールできるしきい電圧に制限を加えることができる。言い換えれば、制御電圧によるしきい電圧の変化を鈍感にしたり敏感にしたりできる。
【0088】
たとえば、2入力可変しきい電圧インバータのしきい電圧Vinv はVinv =Vdd−Vaと表されるので、しきい電圧を低く(例えばVdd/4に)設定したい場合は通常、制御電圧Vaを高く(3Vdd/4に)設定する。しかし、フローティングゲートFGに電子を予め注入しておくと、同じバイアス状態でもしきい電圧はさらに高く(例えば、2Vdd/4または3Vdd/4に)なる。逆にフローティングゲートFGに正孔を注入しておくと、同じバイアス状態に対してしきい電圧は低くなる。
【0089】
このフローティングゲートFGへの電荷注入と、制御電圧Vaを確定するGA操作は独立して行われる。GA操作を行う場合は兼用コントロールゲートをしきい電圧を制御する信号印加用端子として、先の第1又は第2実施形態と同様な操作を行う。それに対し、フローティングゲートFGへの電荷注入時には、兼用コントロールゲートを電荷注入用の制御端子とし、この制御端子に電子注入の場合は正の高電圧、正孔注入の場合は負の高電圧を印加する。
【0090】
以上の方法を利用すると、SH回路を用いた「進化するハードウェア」としての半導体装置に学習機能を付加することができる。
以下、先の第3実施形態で示した6マルチプレクサ回路を例に、学習機能を付加したときの動作を説明する。
【0091】
GA操作によって得られた6マルチプレクサ回路(図9)では、最終的にSH1,SH2はOR論理、SH3はNOR論理となる。SH回路におけるOR論理を例にとると、この論理は通常、制御電圧の組み合わせ(Va, Vb, Vc)=(0, 0, Vdd)によって達成される。これに対し、例えば、2入力可変しきい電圧インバータAのフローティングゲートFGに上記方法により電子を注入し、内部状態としてのしきい電圧をVdd/4だけ高い方にシフトしておくと、OR論理は(Va, Vb, Vc)=(0, 0, Vdd)または(Va, Vb, Vc)=(Vdd/4, 0, Vdd)の2種類の制御電圧の組む合わせにより達成することができる。また、内部状態を2Vdd/4だけ高い方にシフトしておくと、さらに(Va, Vb, Vc)=(2Vdd/4, 0, Vdd)の組み合わせが加わる。そして、更に内部状態しきい電圧を高い方にシフトさせ+Vdd以上にしておくと、何れのVa値に対してもOR論理となり、Vaは論理確定に貢献しなくなる。
同様なことは2入力可変しきい電圧インバータBについても成り立ち、さらに、Cについては、しきい電圧をVddとすることによりVcの貢献をなくすことができる。
よって、2入力可変しきい電圧インバータA,B,Cのしきい電圧をそれぞれ+Vdd,+Vdd,+Vddだけ予めシフトしておくと、そのSH回路は制御電圧によらずOR論理に確定することになる。
【0092】
このように、内部状態のしきい電圧をシフトさせた状態で図6で示したGA操作を行うと、OR論理等を構成する染色体の組み合わせが多くなり、論理確定までのGAサイクル数を少なくすることが可能となる。
したがって、以上の手法をGAを用いた「進化するハードウェア」に適応すると、ハードウェアの進化プロセスに学習性を持たせることができる。
【0093】
「進化するハードウェア」では、外部の環境変化に応じて、GA操作を繰り返し、最適なハードウェア論理を構築していく。このとき、GA操作に時間がかかっていると、速く変化する外部環境に対応しきれなくなってくる。文献(1)に記載されたSH回路を用いない従来構成の6マルチプレクサ回路では、およそ2000サイクルのGA操作が必要となることから、とても外部環境に対応することはできない。
【0094】
これに対し、本実施形態では、上述したように、GA操作によって論理が確定した時点で、その結果応じてSH回路内の確定信号生成部において内部状態としてのしきい電圧を予め変化させておくことができる。このため、次回以降のGA操作により、その論理を構成する確率を高くして、同一論理を形成する染色体数が多くなる制御が可能となる。つまり、頻繁に使用する論理に対しては、頻度に応じて論理の固定化の度合いを高めることができ、これによってGA操作に要する時間を短縮することが可能となる。
【0095】
6マルチプレクサ回路では、上記2入力可変しきい電圧インバータA,Bのしきい電圧をVdd/4,2Vdd/4又は3Vdd/4だけ高い方にシフトさせるという操作により、通常時よりも少ないサイクル数で回路の確定が可能となる。
さらには、図9においてSH1,SH2の2入力可変しきい電圧インバータA,B,Cのしきい電圧をそれぞれ+Vdd,+Vdd,+Vddに設定しておくと、いずれもOR論理に決定される。したがって、SH3の2入力可変しきい電圧インバータのみ通常の制御電圧印加でNOR論値を確定すればよく、GA操作における染色体のビット数を1/3に低減できる。また、SH3を内部しきい電圧を調整したOR論理とし、インバータを通した後の出力を得れば、全ての論理を可変しきい電圧インバータの内部状態として確定することができる。この場合はGA操作は配線の接続だけで行われることになり、GA操作時間は極めて短くなる。また、さらに、これらの配線接続についても、通常のPLDと同様にフローティングゲート型セルを利用し、不揮発性記憶として保持すると、6マルチプレクサ回路全体を、不揮発性の状態として確定することができる。
【0096】
第5実施形態
上述した第1〜第4実施形態までは、SH回路への入出力は2値、SH回路内部では4値の信号(0,Vdd/4,2Vdd/4,3Vdd/4)を取り扱い、入力と出力の関係は、ブール関数で表現される範囲に限定されている。それに対し、図1のSH回路において、確定信号生成部4を構成する可変しきい電圧インバータを、入力変換部2と同様なD−A変換器で構成するならば、確定信号生成部4経由の信号ルートを含む入力変換部2と可変演算部6間(内部)の信号が全て多値として構成されるようになる。また、可変演算部6をもD−A変換器で構成させると、入出力信号を含め全ての信号が多値化される。
【0097】
このとき、制御信号としては、D−A変換器の出力レベルを変化させる端子が使用される。この端子への入力電圧を変化させると、D−A変換器の出力信号は、0VとVddの間で4(変換後の入力信号レベル数)×n(制御信号の変化ステップ数)の電圧レベル数をとり、多値化される。よって、このような構成にすると、出力部のゲートに印加される電圧レベルの多様性を増すことができる。この2入力可変しきい電圧インバータをD−A変換器に変更した構成では、D−A変換器の出力が多値化されるので、図1の構成のように、論理演算用可変しきい電圧インバータ8の制御電極▲2▼〜▲4▼を一本化できるのみならず、多値化の度合いによっては、当該D−A変換器を一つ設ければよくなり、構成を簡素化できる利点がある。
【0098】
さらに、SH回路の可変演算部6のνMOSインバータ(論理演算用可変しきい電圧インバータ8)をD−A変換器で構成させると、出力も多値になる。このような多値出力のSH回路を図9のシステムに適用すると、SH回路間の入出力が多値信号となり、システム内全体で、極めて高い自由度をもった回路網を構築することができる。
さらに、多値レベルを増やす延長線上の手段として、SH回路内部、または、システム全体の信号をアナログとして取り扱えば、理論的に回路構成の自由度は無限となる。これは、生命体中の信号処理と同様な多様性を構築し得ることを意味し、生命体に近い進化システムを可能にする技術となる。
【0099】
第6実施形態
本実施形態では、上述した第1〜第5実施形態を統合することで、「進化するハードウェア」を半導体チップ上に構築した場合を示す。
【0100】
本実施形態の半導体装置(1チップIC)を、図12に示す。
この半導体装置60は、大きく3つの部分からなり、上記第1〜5の実施形態のνMOSを用いた進化ハードウェア部61、GAにより進化ハードウェア部61を制御するGA操作部62(図1のGA操作部20に該当)、及びメモリ部63から構成される。
【0101】
進化ハードウェア部61は、上述した実施形態で示したSH回路と接続アレイの回路群からなり、実際に自律適応性(環境適応性、自己欠陥回避性、或いは学習性)を発揮し論理を変更しながら進化していく部分である。
GA操作部62は、染色体の適応度評価、染色体選択、ビット交叉、データ変換等、第1実施形態で詳しく述べた一連のGA操作を行う。このGA操作部62内には、GA操作の制御を行う手段(例えば、図5の制御部24)として、一般的には、MCU,CPU,もしくは専用のDSP等が内蔵されている。
メモリ部63は、GA操作を行う染色体データ,適応度判定の基準となる演算結果テーブル或いは操作プログラム等が格納されている。この格納された操作プログラムは、外部から変更が可能である。また、本実施形態では、当該メモリ部63のメモリ領域のデータ書き換え、又は、進化ハードウェア部61内のνMOS或いは接続アレイの接続制御を行う記憶素子の書き換えを行うしきい電圧制御手段が、当該メモリ部63内に周辺回路として設けられている。
【0102】
このメモリ部63を構成する記憶素子としてフラッシュメモリを用いるならば、νMOSのフローティングゲート構造、また接続アレイ内のスイッチに使用されるフラッシュメモリと同時に形成でき、製造コスト上有利となる。
また、GA操作部62、メモリ部63の周辺回路等も、進化ハードウェア部61と同様にSH回路と接続アレイにより構築することが可能である。この場合、例えば、その論理を長期的にランダムに変更する、或いはGA操作部等を構成するSH回路の制御は、進化ハードウェア部以外のSH回路を、外部から操作することで達成できる。このとき、進化ハードウェア部61のみならず、IC全体が「進化するハードウェア」として機能し、進化的に機能を変化させていくことができるようになる。このようにIC全体が自律適応的に或いは学習性をもって進歩するものは、「進化する半導体チップ」ということができる。また、この半導体チップ内の進化操作に第5実施形態で示したアナログ動作を適用すれば、変化の自由度も無限になる。これは、半導体チップ全体が生命体のようにふるまうことを意味し、将来の「創造性をもつコンピュータ」、「生命体に近いシステム」を構築する中心的デバイスになり得るものである。
【0103】
【発明の効果】
本発明の半導体装置及びその論理確定方法によれば、製造上或いは設計上のマージンが不足したり、環境変化があっても誤動作しない可変論理回路を実現できる。とくに、可変論理回路の論理関数確定を制御信号の生成と入力で行っているので、環境変化にリアルタイムで追従できる。この可変論理回路をいわゆるνMOSで構成させると、通常のフローティングゲートを有する不揮発性メモリ素子とのプロセス上の整合性がよく、回路構成が簡素となる。
また、その可変論理回路を複数組み合わせることで、自己欠陥回避しながらる用途に応じて機能を変更する汎用ロジックICが実現できる。νMOS構成の可変論理回路(いわゆるSH回路)は、制御信号の入力で論理関数の変更ができるので機能変更が、従来の不揮発性メモリ素子へのプログラムで行う場合に比べ高速である。
本発明の半導体装置では学習機能を付加し、更に信号を多値化することによって、使用する制御信号の構成(例えば、ビット数)や回路構成を簡素化しながら効率化を進め、自律的に高速動作することができる。このことによって、本発明の半導体装置は、上記した機能変更の高速性とあいまって機能をリアルタイムに拡大することができる。
【0104】
従来のGA手法の適用例では、ある決まったプログラム状態における機能を正確に動作させるためだけにGA手法が用いられていたのに対し、本発明の半導体装置の論理確定方法は、正常動作の確保に加え、機能自体の変更にGA手法が用いられている。また、求める解の発生確率を高める制御であることから最初に与える数値列(遺伝子)が簡素なほうが望ましいが、上記半導体装置を学習機能付加し多値化させると論理確定のサイクルが早まる。これらの意味で、遺伝的アルゴリズム操作における柔軟性、多様性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の要部を示す構成図である。
【図2】図1の半導体装置に用いられるνMOSの断面構造図とフローティングゲート電位の説明図である。
【図3】図1の半導体装置内に設けられた2入力可変しきい電圧インバータAの回路図である。
【図4】SH回路(図1内の論理回路)の入出力関係と、制御信号と出力の組み合わせを示す表である。
【図5】図1内のGA操作部の具体的構成例を示すブロック図である。
【図6】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の論理確定の際に、1つのSH回路を用いて、遺伝的アルゴリズム(GA)により、SH回路の論理を確定していく手順を示すフロー図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係る半導体装置において論理回路例としてマルチプレクサを示す図である。
【図8】図7のマルチプレクサの等価回路図である。
【図9】図7のSH回路の組み合わせのベースとなる配置パターンを、図7及び図8に示す6マルチプレクサ40を例に示す回路図である。
【図10】本発明の第3実施形態に係る半導体装置における2入力可変しきい電圧インバータの平面図と断面図である。
【図11】図10の2入力可変しきい電圧インバータに、そのしきい電圧制御手段を接続した状態を示す図である。
【図12】本発明の第6実施形態に係る半導体装置(1チップIC)の概略構成を示すブロック平面図である。
【図13】従来の遺伝的アルゴリズムの適用例としてPLDの構成を示す図である。
【符号の説明】
【符号の説明】
1,60…半導体装置、2…入力変換部、4…確定信号生成部、6…可変演算部、8,50…2入力可変しきい電圧インバータ、10…論理回路(SH回路)、12…インバータ、20,62…GA操作部(制御信号生成部)、21…比較部、22…選択部、23…変更部、24…制御部、25…出力部、30,63…メモリ部、40…6マルチプレクサ、51,100…半導体基板、52…nウェル、53…素子分離絶縁膜、54n,54p…ゲート絶縁膜、55,56…ゲート間絶縁膜、57…しきい電圧制御手段、61…進化ハードウェア部、102…ドレイン不純物領域、104…ソース不純物領域、106…ゲート絶縁膜、108…ゲート間絶縁膜、FG…フローティングゲート、CG…コントロールゲート、Va〜Vc…制御信号(又は所定の電圧レベルを有する制御電圧)、I1,I2…入力信号、D1〜D4,Vout…出力信号、V1…変換後の入力信号、V2〜V4…論理確定信号、S…適応度、φf …フローティングゲート電位。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulated gate field effect transistor having a plurality of control gates capable of configuring a general-purpose logic circuit capable of performing logical operations of all Boolean functions, for example, and a control signal generation for applying a control signal to the insulated gate field effect transistor And a control method thereof. Specifically, the present invention provides, for example, a control signal in which the control signal generator obtains a desired solution from a logic circuit autonomously by a so-called genetic algorithm even when the logic circuit cannot obtain a correct solution. A configuration suitable for self-evolution that allows complex logic calculations to be executed accurately in a short time by generating logic and operating logic circuits correctly, and by adding means for connecting between multiple logic circuits and further learning functions The present invention relates to a semiconductor device and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
In the field of computer science and the like, “evolving computers” and “evolving hardware” have recently attracted attention. These are related to “genetic algorithm”, “artificial life”, and “complexity” which has become a popular buzzword recently, and it seems to develop in conjunction with these ideas.
"Evolving hardware" is a genetic algorithm that applies variability and programmability to the hardware of a system that had previously been assumed to have fixed functions, and applied an evolutionary system for life. (Genetic Algorithms, hereinafter abbreviated as GA) is used to adapt hardware functions to the environment and evolve them.
[0003]
Fundamental research and development of “evolving hardware” has been carried out by several research institutions. Among them, typical GA applications include FPGA (Field Programmable Gate Array) and PLD (Programmabl Logic Device). ) Etc.
Hereinafter, what uses PLD shown by the following literature (1) is demonstrated.
[0004]
Reference (1): Tetsuya Higuchi et al .: “Basic Experiments of Hardware Evolution by Genetic Learning”, “Genetic Algorithm”, Chapter 10, Industrial Books, 1993.
[0005]
This document describes a method of obtaining a desired combinational circuit and sequential circuit by using a genetic algorithm (GA) for PLD logic determination. It is also stated that such means will become the basis of large-scale evolution systems in the future.
[0006]
The PLD shown in the document (1) is called GAL16V8, and is general and simple. FIG. 13 shows a configuration diagram of this PLD. A PLD is composed of connection patterns and logic macrocells arranged in an array, and by specifying the presence / absence of connection and the selection of logic functions by a combination of control bit strings, a logic circuit, that is, a logic device having a desired function is designated. Obtainable. The array pattern in the previous stage where the input signal is input is provided with a program element such as a fuse or EEPROM at each intersection, and by programming these, the AND logic for the input signal can be selected. Each ANDed line is input to the logic macrocell, passed through the OR logic, and then output through a selected circuit such as a flip-flop. That is, the PLD is based on an additive standard form composed of AND and OR logic, and a desired combinational circuit, sequential circuit, and the like are formed.
[0007]
Document (1) proposes to construct a “evolving hardware” system by using a genetic algorithm (GA) to determine the logical function of the PLD.
Specifically, first, a control bit string for determining the logic of the PLD is regarded as a chromosome from an analogy with a gene, and a large number of these chromosomes are prepared at random. Then, the correspondence between the input pattern and the output is examined for the logic circuit determined by each chromosome (bit string), the respective output results are compared with the desired output value, and the fitness of the chromosome is determined according to the degree of coincidence. If the degree of coincidence is high, the fitness is increased, and if it is low, it is decreased. Then, select chromosomes with a probability proportional to the fitness level (natural selection), perform bit crossover (mating) and bit data conversion (mutation) on them, and compare the logic output and evaluate the fitness again. Do. This cycle (generation change) is repeated many times, and finally a fitness bit 100, that is, a control bit string whose logic completely matches the desired one is obtained. If the environment changes and different functions are required, the system can repeat the same method and change the logic autonomously and evolve.
[0008]
Reference (1) introduces logic confirmation by GA of 6 multiplexers as an example of the above system. Using 108-bit long chromosome expression, accurate evaluation is performed by 2000 generations of fitness evaluation and crossover. Is obtained.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The “evolving hardware” system using the PLD described in the above prior art has several problems.
[0010]
As pointed out in the literature (1), the current PLD uses program elements such as EPROM and EEPROM, but the guaranteed number of rewrites is about 100 times. It is impossible to realize 2000 cycles of GA operation and further long-term evolution process operation. For this reason, in the example of the document (1), the system is not verified using the real device (PLD), but the GA operation of the control bit string is merely simulated on the computer.
[0011]
Also, rewriting of devices such as EPROM, EEPROM, etc. requires a very long time when performing GA operation because it is necessary to enter a special rewrite mode even with ultraviolet erasure or on-board. Therefore, it is impossible to construct a self-adaptive system that adapts to the environment in real time.
[0012]
Furthermore, as described above, the PLD is basically based on the additive standard form constructed by the product-sum logic. However, the additive standard form is generally not the most efficient logical expression. Redundant parts are likely to occur. The fact that the circuit is redundant means that the length of the chromosome is increased in the GA operation, and the efficiency of the GA operation is deteriorated. On the other hand, if the chromosome length is fixed, it means that the flexibility in change is low.
[0013]
Also, the following document (2) proposes a technique for applying the GA to the VLSI design language HDL and evolutionally changing the LSI design, like the concept described above.
[0014]
Reference (2): Hitoshi Henmi et al .: “Evolution of Behavioral Hardware”, “Genetic Algorithm”, Chapter 8, Industrial Books, 1995.
[0015]
However, this is also a simulation experiment, and there is no mention of how to actually change the actual device.
[0016]
The ideas currently proposed for realizing “evolving hardware” in this way are those using existing devices such as FPGA and PLD, and hardware description language (HDL). It is still at the simulation level, and it remains limited to software research while targeting hardware.
As described above, in realizing an actual “evolving hardware system”, there are many problems and issues described above. In particular, as a device that actually configures the system, a more suitable device that replaces the PLD at present is required.
[0017]
The present invention has been made in view of such circumstances, proposes an application of a device that can fully exploit the possibility of system evolution by a genetic algorithm, and proposes an efficient control method for this application. An object of the present invention is to newly provide a semiconductor device that is practical and realizable as hardware that evolves and a logic determination method thereof.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and achieve the above object, in the semiconductor device of the present invention, a MISFET having a plurality of control gates constituting a general-purpose logic circuit capable of changing an arithmetic logic is a so-called evolution. It is used as a basic device for hardware.
[0019]
That is, in the semiconductor device of the present invention, as means for generating an insulated gate field effect transistor having a plurality of control gates and a control signal to be applied to the control gate in order to obtain a desired output from the insulated gate field effect transistor, When a desired output is obtained when each voltage level of the prepared voltage level group is input to the insulated gate field effect transistor, a voltage level at which the desired output is obtained is output as the control signal, When the output cannot be obtained, the voltage level is selected and / or changed based on the output result, and the selection and / or change is repeated until the desired output is obtained to converge the voltage level group. A control signal generation unit that outputs a voltage level at which the output is obtained as the control signal.
[0020]
In addition, an input conversion unit that converts a plurality of input signals into a voltage that takes a plurality of levels according to the combination of the logic and outputs the voltage, and the insulated gate field effect transistor, the control gate for the control signal input A determination signal generation unit that generates a logic determination signal based on the applied control signal and the converted input signal applied from the input conversion unit to another control gate; and the output of the input conversion unit is input to the signal input. Connected, and the output of the deterministic signal generation unit is connected to the control input, and a logical operation of a predetermined function determined according to the logic deterministic signal received by the control input is performed on the input signal converted by the input conversion unit A logic circuit including a variable arithmetic unit to be executed is connected to the control signal generation unit.
[0021]
In this case, the control signal generation unit preferably includes a comparison unit that compares a calculation result obtained by inputting a plurality of voltage levels prepared in advance to the logic circuit with a desired calculation result, and the comparison result. A selection unit that newly selects a plurality of voltage levels with an occurrence probability according to the degree of coincidence of the calculation results, a change unit that changes the selected voltage level, and controls these comparison unit, selection unit, and change unit, A control unit that specifies a voltage level at which a desired logic determination signal can be obtained while repeating the calculation, comparison, selection, and change, and outputs the voltage level to the determination signal generation unit as the control signal.
[0022]
These input conversion unit, deterministic signal generation unit, and variable calculation unit can be constructed by so-called νMOS.
In other words, the input conversion unit, the deterministic signal generation unit, and the variable calculation unit include two insulated gate field effect transistors of a p-type channel and an n-type channel connected in series between the first power supply voltage and the second power supply voltage. The two transistors include a floating gate extending on a gate insulating film formed on a semiconductor channel formation region and commonly connected between the two transistors, and the floating gate or the floating gate. A plurality of control gates which are arranged on the connecting portion via an insulating film and which control the potential of the floating gate in multiple stages by a combination of applied voltages to set the output voltage level or change the threshold voltage; .
[0023]
The input conversion unit has a source follower connection in which an output is taken from a series connection point where the sources of two transistors are connected to each other. On the other hand, the deterministic signal generation unit and the variable calculation unit may be connected as a source follower, or may be connected as an inverter that extracts an output from a series connection point where the drains of two transistors are connected to each other.
[0024]
The semiconductor device of the present invention, which is preferable for constructing a complicated circuit, can program a plurality of logic circuits capable of changing the arithmetic logic, connection between the plurality of logic circuits, and selection of input signals depending on the presence / absence of wiring connection. Wiring array. This connection array can also be controlled by a control signal generator. In this case, each of the voltage levels used in the control signal generation unit has a magnitude necessary for collectively determining the control signals of a plurality of logic circuits and determining the logic of the wiring connection in the wiring array. It consists of a bit string.
[0025]
In the wiring array, floating gates and control gates are sequentially stacked on a semiconductor channel formation region with an insulating film interposed between the channel formation region and the gate as a program element for determining the presence or absence of wiring connection. A plurality of non-volatile memory elements. A nonvolatile memory element such as a flash memory having the floating gate (FG) can be formed simultaneously with the above-described νMOS, and is preferable from the viewpoint of commonality of manufacturing processes.
[0026]
In addition, the threshold voltage of the inverter or the like that constitutes the deterministic signal generation unit described above is changed by controlling the amount of charge injected into the floating gate instead of using the control signal or in addition to the control using the control signal. be able to.
In this type of semiconductor device of the present invention, at least the transistors constituting the logic determining variable threshold voltage inverter have an insulating film interposed between the channel forming region and the gate, respectively, on the semiconductor channel forming region. The nonvolatile memory element is formed by sequentially stacking a floating gate and a control gate. Further, in this case, the control signal generation unit changes the threshold voltage of the inverter by injecting and extracting charges from the floating gates of the transistors forming the variable threshold voltage inverter constituting the deterministic signal generation unit. A threshold voltage control unit is included.
[0027]
A method for controlling a semiconductor device according to the present invention is a method for controlling a semiconductor device including an insulated gate field effect transistor having a plurality of control gates, wherein a plurality of voltage levels prepared in advance are input to the insulated gate field effect transistor. The obtained output is compared with the desired output, and the voltage level is selected and / or changed with the probability of occurrence according to the degree of coincidence of the output from the result of the comparison, and the comparison, selection and / or change is repeated and desired. The voltage level for obtaining the output is specified and output as the control signal to the insulated gate field effect transistor.
[0028]
Preferably, when there are a plurality of logic circuits capable of changing the operation logic including the insulated gate field effect transistor in the deterministic signal generation unit, and the entire logic circuit is configured thereby, the voltage level prepared in advance is A bit string corresponding to the number of logic circuits and having a size necessary for connection and input selection between the logic circuits is used.
[0029]
In the logic determination method of the present invention, it is preferable that learning can be achieved by combining several controls shown below alone or in combination.
(1) The threshold signal storage type inverter that can hold the threshold voltage once set even when no voltage is applied is used as the deterministic signal generation unit, and the threshold voltage of the threshold voltage storage type inverter is calculated. Then, the voltage level is specified while repeating the calculation, comparison, selection and / or change.
(2) After the logic of the logic circuit is determined, the threshold voltage of the threshold voltage storage type inverter is set in advance to an optimum value for a logic operation to be performed next time.
(3) The threshold voltage setting of the threshold voltage storage type inverter that is performed in preparation for the next logical operation after the logic determination is as many as possible combinations of voltage levels suitable for the logical operation obtained in the subsequent logic determination. Do as follows.
(4) Every time the logic is determined, the voltage level specified by the logic determination is stored, and when the logic is newly determined, the threshold voltage of the threshold voltage storage type inverter to be performed prior to this is determined. In the setting, a threshold voltage is set such that a voltage level that achieves the most frequently used logical operation among the voltage level group stored in advance is obtained.
(5) Every time the logic is determined, the voltage level specified by the logic determination is stored, and when the logic is newly determined, the voltage level that is used most frequently among the previously stored voltage levels. In order, the calculation, comparison, selection and change are performed.
[0030]
Further, it is preferable that at least the converted input signal, the internal signal of the logic determination signal, and the signal indicating the voltage level are multi-valued to three or more values or an analog signal because efficiency can be further improved.
[0031]
The semiconductor device of the present invention described above is not a simulation but a semiconductor device that is embodied so as to be actually realizable and to which the GA technique is applied by means.
As an object to which the GA technique is applied, the semiconductor device of the present invention has a νMOS or a logic circuit with a simple configuration that can change an arithmetic logic using the νMOS. When the application target is a logic circuit, the GA method is applied to generation of a control signal for obtaining a desired logic operation. Specifically, the control signal generation unit performs an autonomous process based on an actual operation result. Generate a control signal.
[0032]
A combination of this logic circuit and logic control by the GA technique makes it possible to realize a large-scale IC whose function is changed / expanded according to the application. This is because the function is fixed in a normal logic circuit, and design elements such as optimal wiring are added to it, so if the function is changed, the optimal design point will go wrong, leading to a malfunction. In the logic determination according to (1), normal operation is reliably guaranteed at the individual logic circuit level, and the operation accuracy is remarkably high.
In the application example of the conventional GA technique, the GA technique is used only for accurately operating a function in a predetermined program state. In the present invention, in addition to ensuring normal operation, the function itself is changed. The GA method is used for the above, so the flexibility and diversity in the operation of the genetic algorithm is high.
[0033]
When this logic determination method is applied to inter-logic circuit control including connection and input selection between a plurality of logic circuits, the operation accuracy is increased and the efficiency is increased in the entire block composed of the plurality of logic circuits or the entire integrated circuit. . Further, a simple circuit (logic circuit) is used, and the connection array for connection is also simple.
In addition, since the logic circuit is versatile, it can be used by replacing a logic circuit that is defective and inoperable with another unused logic circuit while changing its function as necessary. There is a characteristic in which a defective portion is not automatically used, that is, self-defect avoidance, which is impossible with a conventional logic IC having a fixed function. It should be noted that conventional devices capable of changing functions, such as PLDs, rely on large-scale arrays for function changes, and it takes time to change functions, so self-defect avoidance is impossible.
Further, when there is a change in the surrounding environment, such as a temperature change, input signal deterioration or noise environment deterioration, a control signal capable of obtaining a desired calculation result in that environment is given to each logic circuit. Therefore, it can adapt autonomously without malfunctioning, that is, has environmental adaptability. For example, due to these environmental changes, even if there is no operation margin in the conventional configuration, or even if the logic of NAND and AND reverses, for example, the present invention controls the logic circuit so that a correct solution can be obtained. The probability of malfunction is drastically reduced.
Furthermore, the addition of some of the learning functions listed above and some of the controls that increase the efficiency can simplify the circuit itself and also add preliminary parallel processing to change the control signal range. Therefore, the processing speed is naturally improved while repeating the same logical operation. This creates room for expansion of function or performance.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The semiconductor device and the control method thereof according to the present invention are different from those having functions changed by software such as a conventional computer, or function changes depending on a memory array, such as PLD. For example, by changing the function (logic) of the unit logic circuit itself, the system (semiconductor device and its control method) more optimal in terms of speeding up the processing speed and functionality due to the parallelism of the operation Realization is possible.
[0035]
The present invention proposes a system optimal for “evolving hardware” from the level of the structure of a semiconductor device and its control method. That is, the semiconductor device of the present invention has a hardware configuration incorporating a logic circuit composed of νMOS, νMOS or the like and capable of changing the arithmetic logic, and its operation means. In the control method of the present invention, for example, in addition to the logic determination operation method of the logic circuit, the improvement and control method of νMOS that can further improve the efficiency of the operation, the control method that can achieve high efficiency, or the control with self-learning A new method is proposed.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, a method for controlling a semiconductor device according to the present invention will be described by taking as an example a case where logic determination of a logic circuit is controlled using a control means provided therein. However, the control method of the present invention is not limited to logic determination control, but can be widely applied to νMOS characteristic control (for example, threshold voltage setting / change control), and is limited to control by internal means. In addition, the case of controlling from the outside of the semiconductor device is also included.
[0036]
First embodiment
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of the semiconductor device according to the present embodiment.
The semiconductor device 1 includes a logic circuit 10, a GA operation unit 20 (corresponding to a “control signal generation unit” of the present invention), and a memory unit 30.
[0037]
In this embodiment, as a basic device (logic circuit 10) for constructing an evolution system, a νMOS described in the following document and published by Tohoku University, and a logic circuit (software / hardware circuit, hereinafter referred to as SH) using the νMOS are described. (Abbreviated as a circuit).
[0038]
Reference (3): Shibata, T. and T. Ohmi, “An Intelligent MOS Transistor Featuring Gate-Level Weighted Sum and Threshold Operations,” IEDM, 1991.
Reference (4): Naoshi Shibata, “A new concept MOS transistor, realizing a neuron function by itself”, Nikkei Microdevice, January 1992, p101.
Reference (5): Shibata, T., T. Ohmi, “Real-Time Rconfigurable Logic Circuits Using Neuron MOS Transistor”, ISSCC, p236, 1993.
[0039]
[ΝMOS]
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the νMOS.
In the νMOS, a gate electrode of a normal MOS transistor is in an electrically floating state (hereinafter referred to as a floating gate or simply FG), and a plurality of control gates (hereinafter referred to as control gate or simply CG) capacitively coupled thereto. ). In FIG. 2, reference numeral 100 denotes a semiconductor substrate, 102 denotes a source impurity region, 104 denotes a drain impurity region, 106 denotes a gate insulating film, and 108 denotes an inter-gate insulating film.
In accordance with a signal applied to the control gate CG, the potential φf of the floating gate FG rises due to capacitive coupling, and the transistor is turned on when the potential φf exceeds a certain gate threshold voltage.
At this time, the floating gate potential φf is represented by the sum of values obtained by weighting the control gate application voltages V1 to Vn according to the capacitance ratio, as shown by an equation in FIG. By utilizing this characteristic and combining a νMOS transistor with an nMOS and a pMOS, a circuit having various functions such as a DA converter and a variable threshold voltage inverter can be easily configured.
[0040]
[SH circuit (software / hardware circuit)]
1 is a logical operation circuit that outputs Vout in response to 2-bit binary input signals I1 and I2, and AND, OR, NAND, and SH in accordance with control signals Va, Vb, and Vc. All 16 Boolean functions such as NOR can be calculated.
[0041]
The circuit configuration of the present embodiment includes a 2-bit DA converter that constitutes an “input converter 2” (input unit), and a 4-input variable threshold voltage inverter (calculation) that constitutes a “variable arithmetic unit 6” (output unit). The variable threshold voltage inverter 8) and the two-input variable threshold voltage inverters A to C constituting the “determining signal generator 4” are roughly divided. Each part uses the above-mentioned νMOS transistor in the configuration as shown in FIG.
The D-A converter at the input section is connected to the power supply voltage VddThe nMOS 2a and the pMOS 2b are connected in series between the ground potential GND and the ground potential GND. The floating gate FG2 is common, and the control gates CG21 to CG23 are arranged in three pieces. Input signals I1 and I2 are applied to the first and second control gates CG21 and CG22, respectively, and the third control gate CG23 is grounded.
[0043]
In the DA converter having such a configuration, the area ratio of the first and second control gates CG21 and CG22 is 1: 2, and the output is taken out from the commonly connected source of the nMOS 2a and the pMOS 2b. Since it is a source follower connection, a combination of input signals I1 and I2 (binary signals) (0, Vdd/ 4,2Vdd/ 4, 3Vdd/ 4).
[0044]
The two-input variable threshold voltage inverters A to C each have a power supply voltage V as shown by the inverter A in FIG.ddThe pMOS 4a and the nMOS 4b are connected in series between the ground potential GND and the ground potential GND. The floating gate FG4 is common, and two control gates CG41 and CG42 are arranged. The first control gate CG41 is applied with the output of the DA converter (input changing unit 2) (the input signal after conversion), and the control gate CG42 has the GA operation unit for each of the inverters A, B, and C. Control signals Va, Vb and Vc from 20 are input.
[0045]
The two-input variable threshold voltage inverters A to C having such a configuration are inverters in which the floating gate FG4 (corresponding to a normal gate electrode) is commonly connected and the output is taken out from the commonly connected drains of the pMOS 4a and the nMOS 4b. Connected. Also, since the area ratio of the first and second control gates CG41 and CG42 is 1: 1, the inverted voltages Vinv (a) to Vinv (c) of the two-input variable threshold voltage inverters A to C are For example, in inverter A, Vinv (a) = VddIt is designed to be −Va or the like. Therefore, in accordance with the combination of the threshold voltage determined by the values of the control signals Va, Vb, and Vc and the voltage level of the input signal (multilevel signal) after DA conversion, the two-input variable threshold voltage inverters A to The output voltages of C (hereinafter also referred to as logic determination signals) V2, V3, and V4 are 0 or V, respectively.ddTakes the value of
[0046]
On the other hand, as shown in FIG.ddThe pMOS 8a and the nMOS 8b are connected in series between the ground potential GND and the ground potential GND. The floating gate FG8 is common, and the control gates are CG (1), CG (2), CG (3), CG (4). The four νMOS configurations are arranged. The output voltage V1 (converted input signal) of the DA converter (input changing unit 2) is applied to the first control gate CG (1), and the control gates CG (2) to (4) Logic decision signals V2, V3, and V4 of two-input variable threshold voltage inverters A, B, and C are applied, respectively.
[0047]
The four-input variable threshold voltage inverter 8 has an inverter connection in which the floating gate FG8 is connected in common and the output is taken out from the commonly connected drains of the pMOS 8a and the nMOS 8b. In addition, since the area ratio of the first to fourth control gates CG (1) to CG (4) is 4: 2: 1: 1, the coupling capacitances C1 to C4 of the respective gates are the total capacitance. Can be expressed as C1 = Ctot / 2, C2 = Ctot / 4, and C3 = C4 = Ctot / 8, respectively. With the control gates CG (2) to CG (4), the threshold voltage Vinv (8) of the four-input variable threshold voltage inverter 8 is eight combinations, and the capacity ratio is 0, Ctot / 8, 2Ctot / 8 , 3Ctot / 8, 4Ctot / 8, and the value is given by the following equation (1).
[0048]
[Expression 1]
Vinv (8) = Vdd-2 (V2 / 4 + V3 / 8 + V4 / 8) (1)
[0049]
Depending on the combination of the threshold voltage Vinv (8), which is determined by these voltages V2 to V4 and can take 5 values, and the voltage level V1 of the input signal (multilevel signal) after DA conversion, the 4 inputs can be varied. ON / OFF of the threshold voltage inverter 8 is controlled. The output of the 4-input variable threshold voltage inverter 8 is taken out as an output signal Vout through the inverter 12.
[0050]
In this 4-input variable threshold voltage inverter 8, the operation logic is determined by the combination of logic determination signals V2 to V4 generated by the values of the control signals Va, Vb, Vc applied from the GA operation unit 20, and the input signals I1, I2 For the combination of the two values (“1” and “0”), the power supply voltage V that matches the calculation result based on a predetermined logic from the output signal Vout.ddA combination of (corresponding to “1”) and ground potential (corresponding to “0”) is obtained.
[0051]
For example, in the relationship between the input signal (I1, I2) and the output signal Vout shown in FIG. 4A, the control signals (Va, Vb, Vc) are (0, 0, V).dd) Is entered.
When the control signal Va is 0, the converted input signal V1 is (0, Vdd/ 4,2Vdd/ 4, 3Vdd/ 4), the logic determination signals V2 to V4 are all VddIt becomes. Further, the control signal Va is VddWhen the converted input signal V1 is (0, Vdd/ 4,2Vdd/ 4, 3Vdd/ 4), the logic determination signals V2 to V4 are all 0. That is, the input signal V1 is (0, Vdd/ 4,2Vdd/ 4, 3Vdd/ 4), the logic determination signal (V2, V3, V4) is still (Vdd, Vdd, 0), and the threshold voltage Vinv (8) of the 4-input variable threshold voltage inverter 8 shown in the above equation (1) is VddNo change at / 4.
As a result, when the input signal V1 is “0”, the inverter 8 is not inverted, so that Vout becomes “0”, but V1 is (Vdd/ 4,2Vdd/ 4, 3VddIn all cases, the inverter 8 is inverted and Vout becomes “1”. That is, the output signal Vout is “0” only when the input signals (I1, I2) are (0, 0), and the output signal Vout is “1” (VddOR logic output is obtained.
[0052]
Similarly, (Va, Vb, Vc) = (Vdd/ 4, Vdd/ 4, Vdd) XOR logic, (Va, Vb, Vc) = (Vdd, Vdd, 0) is AND logic. FIG. 4B collectively shows the relationship between the combinations of (Va, Vb, Vc) thus obtained and Vout at that time.
In this way, in the binary 2-input (4-value) logic circuit 10 (SH circuit), the variable threshold voltage inverter 8 for operation is constituted by a 4-input νMOS inverter, and each of them has a 5-value control signal (Va, By generating a binary signal (logic determination signal) from Vb, Vc) and thereby driving the three threshold voltage control electrodes of the 4-input νMOS inverter, an output expressing all 16 functions can be obtained. it can.
[0053]
Similarly, if the logic circuit is configured to support binary 3 inputs (8 values), 256 functions can be arbitrarily specified, and if it supports binary 4 inputs (16 values), 25536 functions can be specified arbitrarily. Can be computed.
[0054]
[GA operation unit (control signal generator)]
Next, a specific configuration example of the GA operation unit 20 in FIG. 1 and its operation (GA operation) will be described.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a specific configuration example of the GA operation unit 20.
The GA operation unit 20 of this example determines the control signals Va to Vc to values suitable for an actual logic circuit. From the comparison unit 21, the selection unit 22, the change unit 23, the control unit 24 and the output unit 25. It is configured.
The GA operation unit 20 performs reselection and change of the numerical sequence based on the result obtained when the numerical sequence selected from the prepared numerical sequence group is input to the logic circuit 10 of FIG. The numerical sequence group is autonomously converged repeatedly until the control signals Va to Vc from which the calculation results are obtained are generated. In the name of GA operation, when a series of these operations considers a numerical sequence as a gene, the fitness of the DNA sequence is evaluated (comparison), and the numerical sequence is selected with the probability of occurrence according to the fitness. (Selection), the DNA sequence (bit string) is crossed or mutated (changed), recombined with the gene again, and similar to the process of genetic evolution in which the above procedure is repeated again.
The detailed operation of each component will be described in the following GA operation.
[0055]
[GA operation]
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for determining the logic of the SH circuit by using a single SH circuit and a genetic algorithm (GA) in order to explain the operation method of the evolution system using νMOS. is there. Here, as an example, derivation of an OR circuit is described.
[0056]
In the 2-bit input SH circuit 10 shown in FIG. 1, each of Va, Vb, and Vc has (0, Vdd/ 4,2Vdd/ 4, 3Vdd/ 4, Vdd) Is added. If this is replaced with a binary value, each control signal has 3 bits (provided that there is redundancy for 3 values), and a total of 9 bits of information are required.
[0057]
In this example, 9 bits that determine this logic are regarded as chromosomes in GA. That is, the values (0, V) that the control signals Va, Vb, Vc can take.dd/ 4,2Vdd/ 4, 3Vdd/ 4, Vdd) Correspond to (000, 001, 010, 011, 100), respectively, and the sequence (aaa, bbb, ccc) for these three terminals is a chromosome. Here, a to c are “0” or “1”, and the control signals are represented by Va = (aaa), Vb = (bbb), and Vc = (ccc).
In step ST1 of FIG. 6, several types of these chromosomes are prepared as an initial state (only four types are illustrated in FIG. 6). In the configuration example of FIG. 5, this chromosome extraction is achieved, for example, by controlling the memory unit 30 and the output unit 25 by the control unit 24 and sequentially performing output control of a numerical sequence (chromosome).
[0058]
In step ST2, the fitness S of the prepared chromosome (control signal) is evaluated. Specifically, in the example of FIG. 5, a numerical sequence (chromosomes) sequentially output from the output unit 25 is divided into control signals Va, Vb, and Vc into the logic circuit 10 and input to each control terminal, and the output signal Vout at that time Is fed back to the comparison unit 21. In addition, a desired calculation result (output signal Vout ′) is sent from the memory unit 30 to the comparison unit 21 under the control of the control unit 24.
The comparison unit 21 compares the two output signals Vout and Vout ′, and determines the degree of coincidence for each of the output signals D1 to D4 (see FIG. 4) corresponding to the combination of the input signals. At this time, if all the output signals D1 to D4 match, the fitness is 4, and if they do not all match, the fitness is 0.
For example, in the first chromosome 1 exemplified in FIG. 6, (Va, Vb, Vc) = (001, 011, 011), and referring to the truth table in FIG. Since this is an output, the desired OR and the output signals D1 to D4 do not match, so the fitness S is determined to be “0”. Similarly, chromosome 2 in FIG. 6 is determined to have a fitness of 1 with 1 output matched, fitness 2 with 2 outputs matched to fitness 2, and chromosome 3 matched with 3 outputs to fitness 3.
[0059]
If there is even one chromosome with fitness level 4, this chromosome is determined as a correct control signal in order to obtain a desired calculation result in the actual logic circuit 10, and the flow ends.
[0060]
If the fitness level 4 does not exist, the flow proceeds to step 3 and a set of chromosomes is selected with a probability corresponding to the obtained fitness level S. This selection is executed by the selection unit 22 that has received the fitness information via the control unit of FIG. For example, in the example of FIG. 6, a pair of chromosome 4 having the highest fitness and a chromosome 3 having the next highest fitness is selected with a probability of 1/2, and a pair of chromosome 2 and chromosome 2 having the third highest fitness is selected. The pair of chromosomes 2 and 3 is selected with a probability of 1/4. The selected chromosome set is sent to the changing unit 23. As a result of this chromosome manipulation, the lower the fitness, the more natural the selection will be missed, and the higher the fitness, the higher the existence probability.
[0061]
In step ST4, for example, in the changing unit 23 in FIG. 5, bit crossover or data mutation is executed on the selected chromosome set. “Bit crossing in this example” means that if there is a different bit between each chromosome set, only one bit is exchanged for each of Va to Vc. Although not specifically implemented in the example of FIG. 6, “data variation” refers to, for example, inverting only one arbitrary bit of a newly created new chromosome for each of Va to Vc.
A new chromosome is generated by bit crossover or data variation, and this is sent to the output unit 25 of FIG.
[0062]
In step ST5, for example, in the output unit 25 of FIG. 5, the old chromosome group is replaced with a new chromosome group, and the first generation change is completed. Next, the flow returns to step ST2 again, and the cycle (generation change) of fitness S evaluation (ST2), chromosome set selection (ST3), bit crossover or data mutation (ST4) is changed to 100% fitness (Fig. In example 6, the procedure is repeated until a chromosome with fitness 4) is obtained.
A chromosome having a fitness of 100% is stored in the memory unit 30 and used as a control signal for the operation of the logic circuit as necessary.
[0063]
The above explanation is an example of GA application, and an optimal means is selected for the initial number of chromosomes, fitness evaluation method, chromosome selection method, and bit cross data conversion method according to the use situation.
Further, the change of the function of the logic circuit is easily achieved by simply changing the desired calculation result read out from the memory unit 30 by the control unit 24 and executing the above-described procedure.
Further, when the logic determination is repeated for the same logic circuit and the same logic circuit is often used in the same logic function, when preparing a numerical sequence in step ST1, a chromosome is selected from the one with the highest use frequency. By doing so, it is possible to specify a desired numerical sequence at a stage where the number of cycles of generation change is small. That is, it is possible to improve efficiency by providing a learning function for the numeric string selection.
[0064]
The semiconductor device of the present embodiment is a semiconductor device to which the GA technique is applied by means that are actualized not by simulation but by actual means. The logic circuit of the present semiconductor device has a simpler configuration than that of a conventional PLD or the like, for example, in which the arithmetic logic can be changed. In addition, since the operation logic can be determined only by changing the control signal, it is possible to operate while changing the logic in real time.
In the present embodiment, the GA technique is applied to determine the control signal, and the GA operation unit (control signal generation unit) is an autonomous process based on the actual calculation result, and the control signal adapted to the actual logic circuit. Is generated. In normal logic circuits, functions are fixed, and design elements such as optimal wiring are added to them. Therefore, if the functions are changed, the optimal point of the design goes wrong, leading to malfunctions. In the confirmation, the normal operation is reliably ensured at the individual logic circuit level, and the operation accuracy is remarkably high.
In addition, when there is a change in the surrounding environment, such as a temperature change, input signal deterioration, or noise environment deterioration, a control signal that can obtain a desired calculation result in that environment is given to the logic circuit. , It can adapt autonomously without malfunction, that is, it has environmental adaptability. For example, due to these environmental changes, even if there is no operation margin in the conventional configuration, or even if the logic of NAND and AND reverses, for example, the present invention controls the logic circuit so that a correct solution can be obtained. The probability of malfunction is drastically reduced. In addition, in this embodiment, since the GA method can be applied to the change of the function itself, the flexibility and diversity in genetic algorithm operation is extremely high.
[0065]
Second embodiment
In the first embodiment described above, attention is focused on one SH circuit for the main purpose of explaining a method of applying GA to the SH circuit. In this case, there is an advantage of high operation accuracy with respect to design, process factors, and environmental factors. However, when there is no fear of malfunction due to these factors, the bit string that actually determines the logic of one SH circuit is the truth. Since it is easily understood in accordance with the value obtained from the value table, the advantage of using the GA for the logic determination is thin. However, when a large-scale circuit is formed using a plurality of SH circuits, it is not easy to obtain all bit strings for determining a desired circuit, and therefore a logic determination method by GA becomes more important.
[0066]
In the present embodiment, a semiconductor device using a combination of a plurality of SH circuits and wiring connection means, and a method for automatically constructing the combination circuit using GA will be described. At this time, a multiplexer circuit is illustrated as a simple combinational circuit, and the configuration and generation (including automatic construction) operation will be described.
[0067]
FIG. 7 is a diagram showing a multiplexer as an example of the logic circuit of the present embodiment. FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the multiplexer of FIG.
As shown in FIG. 7, the multiplexer 40 of this example selectively outputs any one of four data I1 to I4 input to four input terminals by a combination of two address bits A1 and A2. 6 input multiplexers (6 multiplexers). The 6 multiplexer 40 has six inverters INV1 to INV6 for inverting the input signals A1, A2 and I1 to I4, respectively, at the first stage on the equivalent circuit. The outputs of the inverters INV1 to INV6 are connected to four AND circuits AND1 to AND4 that input three signals among the control signals A1 and A2, their inverted signals A1_ and A2_, and the inverted signals of the input signals I1 to I4. . A1_, A2, I3_ are input to the AND circuit AND1, A1_, A2_, I4_ are input to the AND circuit AND2, A1, A2, I1_ are input to the AND circuit AND3, and A1, A2_, I2_ are input to the AND circuit AND4. Is done. The outputs of these AND circuits AND1 to AND4 are connected to the NOR circuit NOR at the final stage.
[0068]
In the multiplexer 40 having such a configuration, when (A1, A2) = (0, 0), it is only the AND circuit AND2 that the output of the four AND circuits may become 1, and therefore, the input The output of the multiplexer 40 changes according to the logic state of the signal I4. That is, when (A1, A2) = (0, 0), the input signal I4 is selected and output.
Similarly, the input signal I2 is selected when (A1, A2) = (1, 0), the input signal I3 is selected when (A1, A2) = (0, 1), and (A1, A2) = ( 1, 1), the input signal I1 is selected and output.
[0069]
FIG. 9 shows an arrangement pattern serving as a base of the combination of SH circuits, taking the 6 multiplexer 40 shown in FIGS. 7 and 8 as an example.
In FIG. 9, SH1 to SH3 are logic circuits (SH circuits) similar to those shown in FIG. 1, and these SH circuits SH1 to SH3 constitute the NOR circuit NOR at the final stage in FIG. That is, two 2-input OR circuits are provided in parallel for SH1 and SH2, and a single 2-input NOR circuit having the outputs of the 2-input OR circuit as inputs is realized by SH3.
For such an arrangement of a plurality of SH circuits, there is a connection array for selecting a pin to be input to each SH circuit. The connection array can specify its connection pattern for each intersection of the matrix of data input pins and SH circuit input pins, and the input signal to the SH circuit is the AND logic of the pins connected on the SH circuit input pins. That is, this connection array implements the four AND circuits AND1 to AND4 in FIG. 8 and their input selection.
Furthermore, in order to connect each SH circuit, the feedback from the output of any SH circuit can be connected to the input pin of each SH circuit, and this can also be specified in a matrix as described above.
In addition to these inputs, there is a matrix for designating control signals (Va, Vb, Vc) to be input to the control terminals of the respective SH circuits. As described in the first embodiment, this matrix is obtained by controlling the control voltage value (0, V by the GA operation unit 20 (not shown).dd/ 4,2Vdd/ 4, 3Vdd/ 4, Vdd), An optimum voltage can be selected in order to obtain a desired calculation result (here, the circuit logic of FIG. 8) by the logic determination method using GA, thereby determining the logic of the SH circuit. FIG. 9 exemplifies a case where each SH circuit can operate with a normal logic determination result according to the truth table. However, in FIG. 9, the connection point of the control voltage is not provided with a means for actually setting the connection, but merely shows a control voltage selection pattern by the GA operation unit 20. On the other hand, means for setting the connection is actually provided at the connection point between the data input pin and, in some cases, the feedback control pin.
[0070]
Several means for connecting these matrices are conceivable, but in consideration of frequent circuit rewriting, a flash memory element type switch is desirable. Since the flash memory element has a floating gate type MOS structure similar to the νMOS shown in FIG. 2, it can be formed at the same time as the νMOS constituting the SH circuit in manufacturing the device. This is extremely advantageous.
Although it depends on the rewriting method, the number of rewrites is also 1 × 10.6This is advantageous in this respect.
[0071]
In the circuit having such an arrangement, the connection information of each array and the control voltage information of the SH circuit may be confirmed by a separately provided GA operation unit. However, when the two pieces of information are regarded as one chromosome, Thus, it is possible to determine the wiring connection and the logic function at the same time with one GA operation unit.
In the case of this example, that is, in the construction of 6 multiplexers, 3 SH circuit blocks (SH1 to SH3) are used. Thus, the number of chromosomes is 72 bits for the connection array of data input pins, 24 bits for the feedback array, The total number of bits is 123, including 27 specified bits. The designation of the control voltage is not determined by the presence or absence of connection of each matrix, but, as in the first embodiment, 3 bits per control terminal, 9 bits for each SH circuit, and a total of 3 SH circuits. Determined by 27 bits.
[0072]
A plurality of chromosomes having such a size are prepared, and GA operation is performed on these chromosomes in the procedure shown in FIG. 6 as in the first embodiment. As a result, a circuit that finally connects the black dots in FIG. 9 is obtained as a solution.
[0073]
By using the above method, it is possible to construct a large-scale evolution system. That is, when a device (functional circuit block) that performs an optimal response in response to changes in the external environment is required, the device portion that needs to determine the logic in real time is realized by several SH circuits. If the result of the logic determination unit such as the GA operation unit that evaluates the fitness based on the block output is externally given to each SH circuit, the entire functional circuit block autonomously searches for the optimal circuit configuration and output. Can come. In the case of having a connection array, the matrix setting can be achieved by control of writing / erasing a normal nonvolatile memory element or the like, and thus the description thereof is omitted here.
[0074]
The semiconductor device according to this embodiment described above has the following advantages over the conventional example.
First, comparing this example (FIG. 9) and the configuration of the PLD (FIG. 13), the place where an AND array is used for the input unit is the same, but the circuit configuration shown in this embodiment is the logic of the PLD. A configuration corresponding to a macro is replaced with an SH circuit.
In general, PLD programming is based on an additive standard form in which a circuit is configured by a combination of AND logic and OR logic. The logic macro part is used when OR logic, XOR, or a sequential circuit is configured. A circuit such as a flip-flop is included. Therefore, even a simple circuit configuration such as a 6 multiplexer requires a large-scale circuit group such as a logic macro.
However, in the circuit configuration shown in the present embodiment, the logic macro part is replaced with an SH circuit, and the gate scale of the device can be kept small.
[0075]
In this embodiment, since the SH circuit can set an arbitrary Boolean function, the entire circuit configuration is not limited to the additive standard form. Therefore, the final overall circuit configuration is simplified compared to the case of PLD. In addition, when a genetic algorithm is used, it means that a desired circuit can be formed with a smaller number of chromosomes, and an evolution system with high flexibility and diversity can be constructed.
[0076]
In this embodiment, since the power supply switching circuit is simply used for switching the control voltage, it is possible to perform switching at a much higher speed than the change in the connection of the PLD. In an evolution system using PLD, it is difficult to construct a system that changes in real time because it is difficult to perform high-speed programming. However, in this embodiment, hardware programming can be performed at high speed, and the system changes in real time. It is possible to build a system that does this.
[0077]
Finally, some points that can be changed in this embodiment will be pointed out.
[0078]
First, in the above description, 9 bits (a total of 27 bits for three SH circuits) are used for designating the control voltage of one SH circuit as in the first embodiment. If one is selected, 4 bits for each SH circuit, 12 bits in total are sufficient. This point is the same in the first embodiment.
Further, in the circuit configuration example of FIG. 9, a 2-input SH circuit is used. However, if a multi-input type SH circuit having a large number of input terminals such as 3 terminals or 4 terminals is used, the circuit is further simplified. It is possible to build a highly flexible and diverse system.
[0079]
In the circuit configuration shown in the present embodiment (FIG. 9), an AND array is used for the input unit, but a configuration in which an external input is directly connected to the SH circuit without using them is also possible. In the above description, each AND circuit in FIG. 8 is realized by a connection array. However, this can be replaced by, for example, a plurality of SH circuits that are function-designated as a multi-input AND. Further, in principle, the feedback control can be replaced by a plurality of SH circuits.
[0080]
In the above description, only the combinational circuit is mentioned. However, if a circuit such as a flip-flop is further combined with the circuit configuration of FIG. 9, a sequential circuit configuration is also possible.
Further, the circuit configuration of FIG. 9 can be used as a programmable device similar to a PLD or FPGA by selecting a connection array and selecting a control voltage.
[0081]
Third embodiment
In the previous first (and second) embodiment, the threshold voltages of the two-input variable threshold voltage inverters A to C are set / changed by the control voltages Va to Vc (FIG. 3). In this embodiment, the threshold voltage can be stored not as an external state but as an internal state by injecting a charge into the floating gate FG constituting the variable threshold voltage inverter or by extracting the charge from the FG.
The method of holding the memory by the charge amount of the floating gate is in principle the same as the data storage / erasing method of flash memory and EEPROM currently in practical use.
[0082]
FIG. 10A is a plan view of a two-input variable threshold voltage inverter according to this embodiment, and FIG. 10B is a cross-sectional view thereof.
In this two-input variable threshold voltage inverter 50, an element isolation insulating film 53 is formed on the surface portion of the n-well 52 formed in the p-type semiconductor substrate 51 and the other p-type semiconductor substrate regions. Gate insulating films 54p and 54n are formed around the element isolation insulating film (pMOS active region) in the n well 52 and around the element isolation insulating film (nMOS active region) in the p-type semiconductor substrate, respectively. Yes. A common floating gate FG is stacked on the gate insulating films 54p and 54n and on the element isolation region 53 therebetween.
[0083]
This νMOS transistor does not require an external threshold voltage control signal, and therefore does not have the Va terminal shown in FIG. Instead, on the floating gate FG, a charge injection control gate CG for controlling the amount of injected charge.W / EAre stacked via the inter-gate insulating film 55, and the control gate CG to which the input signal after conversion from the DA converter is applied along with the inter-gate insulating film 55 forms the inter-gate insulating film 56 on the floating gate FG. Is arranged through. In the normal νMOS transistor used in the first and second embodiments, the thickness of the gate insulating film under the floating gate is normally set to a thick film of about 10 nm to 20 nm. As in the flash memory, a thin oxide film having a thickness of 10 nm or less is used.
[0084]
In the two-input variable threshold voltage inverter 50 having such a structure, the substrate is kept at 0V and the charge injection control gate CG is maintained.W / EWhen a positive high voltage (for example, about 18V) is applied to, electrons are injected from the substrate into the floating gate FG. When electrons are injected into the floating gate FG, this is negatively charged, and the apparent threshold voltage of the inverter viewed from the signal input terminal from the DA converter increases. Conversely, the charge injection control gate CGW / EBy applying a negative voltage to the substrate and extracting electrons from the substrate or injecting holes (positive charges) from the substrate to positively charge the floating gate FG, the apparent threshold voltage is lowered. Therefore, by controlling the charge injection amount and setting the threshold voltage in five stages, a two-input variable threshold voltage inverter that does not require an external signal can be configured. This threshold voltage becomes non-volatile so that the state does not disappear even when the power supply voltage of the chip is turned off.
Therefore, if such a threshold voltage writing operation is performed at the logic decision stage of the SH circuit, the threshold voltage, that is, the decision logic can be held as an internal state. The erasing operation is performed in the same manner as in the case of the above writing, with the direction of the electric field applied to the gate insulating film being reversed.
FIG. 11 shows a threshold voltage write / erase means, that is, a threshold voltage control means 57 together with a threshold voltage storage type two-input variable threshold voltage inverter 50.
[0085]
In the present embodiment, when the same logical function is used continuously in determining a normal logical function, the state can be maintained once the logical function is determined. Therefore, this state is common to many SH circuits. The writing / erasing control means 57 is provided, and control for rewriting a logical function at a necessary location can be performed, so that time efficiency can be improved. Further, for example, when it is desired to fix a logical function after determining a logical function capable of obtaining a desired operation result by the SH circuit by using a GA operation unit (not shown), it is possible to perform control using the write / erase control means 57.
[0086]
Fourth embodiment
In the present embodiment, the threshold voltage setting by adjusting the charge injection amount shown in the third embodiment is used together with the application of the control voltage shown in the first and second embodiments to determine the logic function. A case where control is performed will be described.
[0087]
The variable threshold voltage inverter of this embodiment is basically the same as the structure shown in FIG. However, the charge injection control gate CG shown in FIG.W / EIs also used as an input control gate for a threshold voltage control signal (hereinafter referred to as a shared control gate). This switching is performed by switching the switch for each operation.
In the two-input variable threshold voltage inverter of the first and second embodiments, the threshold voltage viewed from the terminal to which the converted input signal is input from the DA converter (input conversion unit 2) is controlled only by the control voltage. However, in the present embodiment, as in the third embodiment, charge injection into the floating gate is performed to increase the threshold voltage setting parameter. In this way, it is possible to limit the threshold voltage that can be controlled by the control voltage. In other words, the threshold voltage change due to the control voltage can be made insensitive or sensitive.
[0088]
For example, the threshold voltage Vinv of a two-input variable threshold voltage inverter is Vinv = Vdd−Va, the threshold voltage is reduced (for example, VddUsually, the control voltage Va is increased (3 V)ddSet to / 4). However, if electrons are pre-injected into the floating gate FG, the threshold voltage is even higher even in the same bias state (for example, 2Vdd/ 4 or 3Vdd/ 4). Conversely, if holes are injected into the floating gate FG, the threshold voltage becomes lower for the same bias state.
[0089]
The charge injection into the floating gate FG and the GA operation for determining the control voltage Va are performed independently. When performing the GA operation, the dual control gate is used as a signal application terminal for controlling the threshold voltage, and the same operation as in the first or second embodiment is performed. On the other hand, when the charge is injected into the floating gate FG, the dual control gate is used as a charge injection control terminal, and a positive high voltage is applied to the control terminal for electron injection and a negative high voltage for hole injection. To do.
[0090]
By using the above method, a learning function can be added to a semiconductor device as “evolving hardware” using an SH circuit.
Hereinafter, the operation when the learning function is added will be described by taking the 6 multiplexer circuit shown in the third embodiment as an example.
[0091]
In the 6 multiplexer circuit (FIG. 9) obtained by the GA operation, finally, SH1 and SH2 become OR logic, and SH3 becomes NOR logic. Taking the OR logic in the SH circuit as an example, this logic is usually a combination of control voltages (Va, Vb, Vc) = (0, 0, Vdd). On the other hand, for example, electrons are injected into the floating gate FG of the two-input variable threshold voltage inverter A by the above method, and the threshold voltage as an internal state is set to VddIf the shift is made higher by / 4, the OR logic becomes (Va, Vb, Vc) = (0, 0, Vdd) Or (Va, Vb, Vc) = (Vdd/ 4, 0, Vdd) Can be achieved by combining two types of control voltages. Also, the internal state is 2VddIf it is shifted higher by / 4, (Va, Vb, Vc) = (2Vdd/ 4, 0, Vdd) Combination. Then, the internal state threshold voltage is further shifted to the higher side to + VddIf it is made above, it becomes OR logic for any Va value, and Va does not contribute to logic determination.
The same is true for the two-input variable threshold voltage inverter B, and for C, the threshold voltage is set to VddBy doing so, the contribution of Vc can be eliminated.
Therefore, the threshold voltages of the two-input variable threshold voltage inverters A, B, and C are set to + Vdd, + Vdd, + VddIf the shift is performed in advance, the SH circuit is determined to be OR logic regardless of the control voltage.
[0092]
As described above, when the GA operation shown in FIG. 6 is performed while the threshold voltage of the internal state is shifted, the number of combinations of chromosomes constituting the OR logic and the like increases, and the number of GA cycles until the logic is determined is reduced. It becomes possible.
Therefore, when the above method is applied to “evolving hardware” using GA, the learning process can be given to the hardware evolution process.
[0093]
In “Evolving hardware”, GA operations are repeated in response to external environmental changes, and optimal hardware logic is built. At this time, if the GA operation takes time, it becomes impossible to cope with the rapidly changing external environment. The conventional 6-multiplexer circuit that does not use the SH circuit described in the document (1) requires about 2000 cycles of GA operation, and therefore cannot cope with the external environment.
[0094]
In contrast, in the present embodiment, as described above, when the logic is determined by the GA operation, the threshold voltage as the internal state is changed in advance in the determined signal generation unit in the SH circuit according to the result. be able to. For this reason, by the GA operation after the next time, it is possible to increase the probability of configuring the logic and to increase the number of chromosomes forming the same logic. In other words, for frequently used logic, the degree of logic fixation can be increased according to the frequency, thereby reducing the time required for the GA operation.
[0095]
In the 6 multiplexer circuit, the threshold voltage of the two-input variable threshold voltage inverters A and B is set to Vdd/ 4,2Vdd/ 4 or 3VddBy shifting to a higher position by / 4, the circuit can be determined with a smaller number of cycles than normal.
Further, in FIG. 9, the threshold voltages of the two-input variable threshold voltage inverters A, B, and C of SH1 and SH2 are set to + Vdd, + Vdd, + VddAre set to OR logic. Therefore, only the SH3 two-input variable threshold voltage inverter needs to determine the NOR theoretical value by applying a normal control voltage, and the number of chromosome bits in the GA operation can be reduced to 1/3. Further, if SH3 is OR logic with the internal threshold voltage adjusted and the output after passing through the inverter is obtained, all logic can be determined as the internal state of the variable threshold voltage inverter. In this case, the GA operation is performed only by wiring connection, and the GA operation time becomes extremely short. Further, with respect to these wiring connections, if a floating gate type cell is used as in a normal PLD and held as a nonvolatile memory, the entire 6 multiplexer circuit can be determined as a nonvolatile state.
[0096]
Fifth embodiment
Up to the first to fourth embodiments described above, input / output to the SH circuit is binary, and inside the SH circuit is a quaternary signal (0, Vdd/ 4,2Vdd/ 4, 3Vdd/ 4), and the relationship between the input and the output is limited to the range expressed by the Boolean function. On the other hand, in the SH circuit of FIG. 1, if the variable threshold voltage inverter that constitutes the deterministic signal generation unit 4 is configured by a DA converter similar to the input conversion unit 2, All signals (internal) between the input conversion unit 2 and the variable calculation unit 6 including the signal route are configured as multi-values. Further, when the variable calculation unit 6 is also configured by a DA converter, all signals including input / output signals are multivalued.
[0097]
At this time, a terminal for changing the output level of the DA converter is used as the control signal. When the input voltage to this terminal is changed, the output signal of the DA converter becomes 0V and VddThe number of voltage levels is 4 (number of input signal levels after conversion) × n (number of control signal change steps). Therefore, such a configuration can increase the variety of voltage levels applied to the gate of the output unit. In the configuration in which the two-input variable threshold voltage inverter is changed to a D / A converter, the output of the D / A converter is multi-valued. Therefore, the variable threshold voltage for logic operation is changed as in the configuration of FIG. Not only can the control electrodes (2) to (4) of the inverter 8 be unified, but depending on the degree of multi-leveling, only one DA converter needs to be provided, and the configuration can be simplified. There is.
[0098]
Further, when the νMOS inverter (the variable threshold voltage inverter 8 for logic operation) of the variable operation unit 6 of the SH circuit is configured by a DA converter, the output becomes multivalued. When such a multi-value output SH circuit is applied to the system shown in FIG. 9, input / output between the SH circuits becomes a multi-value signal, and a circuit network having a very high degree of freedom can be constructed in the entire system. .
Further, if the signal in the SH circuit or the entire system is handled as analog as a means on the extension line for increasing the multi-value level, the degree of freedom of the circuit configuration is theoretically infinite. This means that diversity similar to signal processing in a living organism can be constructed, and this technology enables an evolutionary system close to that of an organism.
[0099]
Sixth embodiment
In the present embodiment, a case where “evolving hardware” is built on a semiconductor chip by integrating the first to fifth embodiments described above is shown.
[0100]
The semiconductor device (one-chip IC) of this embodiment is shown in FIG.
The semiconductor device 60 is mainly composed of three parts. The evolution hardware unit 61 using the νMOS of the first to fifth embodiments, and the GA operation unit 62 for controlling the evolution hardware unit 61 by the GA (FIG. 1). Corresponding to the GA operation unit 20) and a memory unit 63.
[0101]
The evolution hardware unit 61 is composed of a circuit group of an SH circuit and a connection array shown in the above-described embodiment, and actually exhibits autonomous adaptability (environment adaptability, self-defect avoidance, or learnability) and changes logic. It is a part that evolves while.
The GA operation unit 62 performs a series of GA operations described in detail in the first embodiment, such as chromosome fitness evaluation, chromosome selection, bit crossover, and data conversion. The GA operation unit 62 generally includes an MCU, a CPU, a dedicated DSP, or the like as means for controlling the GA operation (for example, the control unit 24 in FIG. 5).
The memory unit 63 stores chromosome data for performing GA operation, a calculation result table serving as a criterion for fitness determination, an operation program, and the like. The stored operation program can be changed from the outside. Further, in the present embodiment, threshold voltage control means for rewriting data in the memory area of the memory unit 63 or rewriting a storage element that performs connection control of the νMOS or connection array in the evolution hardware unit 61 includes The memory unit 63 is provided as a peripheral circuit.
[0102]
If a flash memory is used as the memory element constituting the memory unit 63, it can be formed simultaneously with the flash memory used for the switch in the νMOS floating gate structure and the connection array, which is advantageous in terms of manufacturing cost.
Further, the peripheral circuit of the GA operation unit 62 and the memory unit 63 can be constructed by the SH circuit and the connection array similarly to the evolution hardware unit 61. In this case, for example, control of the SH circuit that randomly changes its logic in the long term or configures the GA operation unit or the like can be achieved by operating the SH circuit other than the evolution hardware unit from the outside. At this time, not only the evolution hardware unit 61 but also the entire IC functions as “evolving hardware”, and the functions can be changed evolutionarily. Thus, what advances the whole IC autonomously or with learning ability can be called “evolving semiconductor chip”. If the analog operation shown in the fifth embodiment is applied to the evolution operation in the semiconductor chip, the degree of freedom of change becomes infinite. This means that the entire semiconductor chip behaves like a living body, and can be a central device for constructing future “computers with creativity” and “systems close to living bodies”.
[0103]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device and the logic determination method of the present invention, it is possible to realize a variable logic circuit that does not malfunction even when a manufacturing or design margin is insufficient or an environmental change occurs. Particularly, since the logic function of the variable logic circuit is determined by generating and inputting the control signal, it is possible to follow the environmental change in real time. When this variable logic circuit is constituted by a so-called νMOS, process consistency with a non-volatile memory element having a normal floating gate is good, and the circuit configuration is simplified.
In addition, by combining a plurality of variable logic circuits, a general-purpose logic IC that changes the function according to the application while avoiding self-defects can be realized. A variable logic circuit (so-called SH circuit) having a νMOS configuration can change a logic function by inputting a control signal, so that the function can be changed at a higher speed than a case where the function is changed by a program for a conventional nonvolatile memory element.
In the semiconductor device of the present invention, by adding a learning function and further multi-leveling the signal, the control signal used (for example, the number of bits) and the circuit configuration are simplified, the efficiency is improved, and the speed is increased autonomously. Can work. As a result, the semiconductor device of the present invention can be expanded in real time in combination with the high-speed function change described above.
[0104]
In the application example of the conventional GA technique, the GA technique is used only for accurately operating the function in a predetermined program state, whereas the logic determination method of the semiconductor device of the present invention ensures the normal operation. In addition, the GA method is used to change the function itself. In addition, it is desirable that the numerical sequence (gene) given first is simple because it is a control that increases the probability of occurrence of the solution to be obtained. However, if the semiconductor device is multi-valued by adding a learning function, the logic determination cycle is accelerated. In this sense, the flexibility and diversity of genetic algorithm operations are high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional structure diagram of a νMOS used in the semiconductor device of FIG. 1 and an explanatory diagram of a floating gate potential.
3 is a circuit diagram of a two-input variable threshold voltage inverter A provided in the semiconductor device of FIG. 1;
FIG. 4 is a table showing the input / output relationship of the SH circuit (the logic circuit in FIG. 1) and the combinations of control signals and outputs.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a GA operation unit in FIG. 1;
FIG. 6 shows a procedure for determining the logic of an SH circuit by a genetic algorithm (GA) using one SH circuit when determining the logic of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a multiplexer as an example of a logic circuit in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the multiplexer of FIG.
9 is a circuit diagram illustrating an arrangement pattern serving as a base of the combination of the SH circuits of FIG. 7 using the 6 multiplexer 40 shown in FIGS. 7 and 8 as an example;
FIG. 10 is a plan view and a cross-sectional view of a two-input variable threshold voltage inverter in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing a state in which the threshold voltage control means is connected to the two-input variable threshold voltage inverter of FIG.
FIG. 12 is a block plan view showing a schematic configuration of a semiconductor device (one-chip IC) according to a sixth embodiment of the invention.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a PLD as an application example of a conventional genetic algorithm.
[Explanation of symbols]
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,60 ... Semiconductor device, 2 ... Input conversion part, 4 ... Deterministic signal generation part, 6 ... Variable calculating part, 8, 50 ... Two-input variable threshold voltage inverter, 10 ... Logic circuit (SH circuit), 12 ... Inverter , 20, 62 ... GA operation unit (control signal generation unit), 21 ... comparison unit, 22 ... selection unit, 23 ... change unit, 24 ... control unit, 25 ... output unit, 30, 63 ... memory unit, 40 ... 6 Multiplexer, 51, 100 ... Semiconductor substrate, 52 ... n well, 53 ... Element isolation insulating film, 54n, 54p ... Gate insulating film, 55, 56 ... Inter-gate insulating film, 57 ... Threshold voltage control means, 61 ... Evolution hardware Wear part, 102 ... Drain impurity region, 104 ... Source impurity region, 106 ... Gate insulating film, 108 ... Inter-gate insulating film, FG ... Floating gate, CG ... Control gate, Va to Vc ... Control signal (Or a control voltage having a predetermined voltage level), I1, I2... Input signal, D1 to D4, Vout... Output signal, V1... Converted input signal, V2 to V4. ... Floating gate potential.

Claims (25)

複数の制御ゲートを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
当該絶縁ゲート電界効果トランジスタから所望の出力を得るために前記制御ゲートに付与する制御信号を生成する手段として、用意した電圧レベル群の各電圧レベルを前記絶縁ゲート電界効果トランジスタに入力したときに所望の出力が得られたときは、当該所望の出力が得られる電圧レベルを前記制御信号として出力し、所望の出力が得られないときは、当該出力結果に基づいて電圧レベルの選択及び/又は変更を行い、この選択及び/又は変更を所望の出力が得られるまで繰り返して前記電圧レベル群を収束させ、所望の出力が得られる電圧レベルを前記制御信号として出力する制御信号生成部と
を有する半導体装置。
An insulated gate field effect transistor having a plurality of control gates;
As means for generating a control signal to be applied to the control gate in order to obtain a desired output from the insulated gate field effect transistor, it is desired when each voltage level of the prepared voltage level group is input to the insulated gate field effect transistor. When the desired output is obtained, the voltage level at which the desired output is obtained is output as the control signal. When the desired output is not obtained, the voltage level is selected and / or changed based on the output result. And a control signal generation unit that repeats this selection and / or change until a desired output is obtained, converges the voltage level group, and outputs a voltage level at which the desired output is obtained as the control signal. apparatus.
前記絶縁ゲート電界効果トランジスタは、前記複数の制御ゲートの印加電圧に応じて電位が決まる浮遊ゲートを有し、
前記絶縁ゲート電界効果トランジスタの制御ゲートに接続され、前記浮遊ゲートに対し電荷の注入又は抜き取りを制御して前記絶縁ゲート電界効果トランジスタのしきい電圧を設定または変更するしきい電圧制御部を更に有する
請求項1に記載の半導体装置。
The insulated gate field effect transistor has a floating gate whose potential is determined according to an applied voltage of the plurality of control gates,
A threshold voltage control unit connected to a control gate of the insulated gate field effect transistor and configured to set or change a threshold voltage of the insulated gate field effect transistor by controlling charge injection or extraction of the floating gate; The semiconductor device according to claim 1.
複数の入力信号を、その論理の組み合わせに応じた複数のレベルをとる電圧に変換して出力する入力変換部と、
前記絶縁ゲート電界効果トランジスタを含み、その制御信号入力用の制御ゲートに印加される制御信号と他の制御ゲートに前記入力変換部から印加される変換後の入力信号とに基づいて論理確定信号を生成する確定信号生成部と、
信号入力に前記入力変換部の出力が接続され、制御入力に前記確定信号生成部の出力が接続され、当該制御入力で受けた前記論理確定信号に応じて決まる所定関数の論理演算を前記入力変換部で変換後の入力信号に対して実行する可変演算部と
から構成された論理回路が前記制御信号生成部に接続されている
請求項1に記載の半導体装置。
An input converter that converts a plurality of input signals into a voltage that takes a plurality of levels according to a combination of the logic, and outputs the converted voltage;
Including the insulated gate field effect transistor, and a logic determination signal based on a control signal applied to a control gate for inputting the control signal and a converted input signal applied to the other control gate from the input conversion unit. A deterministic signal generator to generate,
The output of the input conversion unit is connected to a signal input, the output of the determination signal generation unit is connected to a control input, and a logical operation of a predetermined function determined according to the logic determination signal received at the control input is the input conversion The semiconductor device according to claim 1, wherein a logic circuit including a variable arithmetic unit that executes the input signal after conversion by the unit is connected to the control signal generation unit.
前記制御信号生成部は、予め用意した複数の電圧レベルを前記論理回路に入力して得られた演算結果を所望の演算結果と比較する比較部と、
前記比較の結果から演算結果の一致度に応じた発生確率で新たに複数の電圧レベルを選択する選択部と、
選択した電圧レベルを変更する変更部と、
これら比較部,選択部及び変更部を制御して、前記演算,比較,選択及び変更を繰り返しながら所望の前記論理確定信号を得ることができる電圧レベルを特定し、前記制御信号として前記確定信号生成部に向けて出力させる制御部と
を有する請求項3に記載の半導体装置。
The control signal generation unit compares a calculation result obtained by inputting a plurality of voltage levels prepared in advance into the logic circuit with a desired calculation result; and
A selection unit that newly selects a plurality of voltage levels with an occurrence probability according to the degree of coincidence of the calculation results from the result of the comparison;
A change section for changing the selected voltage level;
By controlling the comparison unit, the selection unit, and the change unit, the voltage level at which the desired logic decision signal can be obtained while repeating the calculation, comparison, selection, and change is specified, and the decision signal is generated as the control signal. The semiconductor device according to claim 3, further comprising a control unit that outputs the signal toward the unit.
前記確定信号生成部は、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタから構成され、前記制御信号と前記変換後の入力信号に応じて決まるしきい電圧で反転する論理確定用可変しきい電圧インバータを有し、
前記可変演算部は、入力した論理確定信号に応じてしきい電圧を複数の段階の何れかに変更することにより所定の論理関数が設定され、前記変換後の入力信号に応じて反転するか否かで所望の演算結果又はその反転出力を出力する演算用可変しきい電圧インバータを有する
請求項3に記載の半導体装置。
The deterministic signal generating unit includes the insulated gate field effect transistor, and includes a logic threshold variable threshold voltage inverter that inverts at a threshold voltage determined according to the control signal and the converted input signal,
The variable arithmetic unit sets a predetermined logic function by changing the threshold voltage to any one of a plurality of stages according to the input logic determination signal, and whether to invert according to the converted input signal. 4. The semiconductor device according to claim 3, further comprising a variable threshold voltage inverter for calculation that outputs a desired calculation result or an inverted output thereof.
前記演算用と論理確定用の2つの可変しきい電圧インバータ及び前記入力変換部は、第1の電源電圧と第2の電源電圧の間に直列接続されたp型チャネルとn型チャネルの2つの絶縁ゲート電界効果トランジスタから構成され、
当該2つのトランジスタは、半導体のチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁膜上に延在して当該2つのトランジスタ間で共通接続された浮遊ゲートと、
当該浮遊ゲート又は浮遊ゲートの連結部上に絶縁膜を介して配置され、印加電圧の組み合わせによって浮遊ゲートの電位を多段階に制御して前記出力の電圧レベルを設定し又はしきい電圧を変更する複数の制御ゲートとを有し、
前記入力変換部の2つのトランジスタは、ソース同士を接続した直列接続点から出力をとり出すソースフォロア接続がなされ、
前記演算用と論理確定用の2つの可変しきい電圧インバータは、それぞれドレイン同士を接続した直列接続点から出力をとり出すインバータ接続がなされている
請求項5に記載の半導体装置。
The two variable threshold voltage inverters for calculation and logic determination and the input conversion unit are divided into two types, a p-type channel and an n-type channel, connected in series between a first power supply voltage and a second power supply voltage. Consists of insulated gate field effect transistors,
The two transistors include a floating gate that extends on a gate insulating film formed on a channel formation region of the semiconductor and is commonly connected between the two transistors,
The floating gate or the connecting portion of the floating gate is disposed through an insulating film, and the potential of the floating gate is controlled in multiple stages by a combination of applied voltages to set the output voltage level or change the threshold voltage. A plurality of control gates,
The two transistors of the input conversion unit are connected to a source follower that takes out an output from a series connection point where the sources are connected to each other.
The semiconductor device according to claim 5, wherein the two variable threshold voltage inverters for calculation and logic determination are connected to each other by taking out an output from a series connection point where drains are connected to each other.
前記確定信号生成部,前記可変演算部及び前記入力変換部は、第1の電源電圧と第2の電源電圧の間に直列接続されたp型チャネルとn型チャネルの2つの絶縁ゲート電界効果トランジスタから構成され、
当該2つのトランジスタは、半導体のチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁膜上に延在して当該2つのトランジスタ間で共通接続された浮遊ゲートと、
当該浮遊ゲート又は浮遊ゲートの連結部上に絶縁膜を介して配置され、印加電圧の組み合わせによって浮遊ゲートの電位を多段階に制御して前記出力の電圧レベルを設定し又はしきい電圧を変更する複数の制御ゲートとを有し、
前記入力変換部と、前記確定信号生成部,前記可変演算部の少なくとも一方とが、ソース同士を接続した直列接続点から出力をとり出すソースフォロア接続がなされ、
ソースフォロア接続されていない前記確定信号生成部又は前記可変演算部は、ドレイン同士を接続した直列接続点から出力をとり出すインバータ接続がなされている
請求項3に記載の半導体装置。
The deterministic signal generation unit, the variable calculation unit, and the input conversion unit include two insulated gate field effect transistors of a p-type channel and an n-type channel connected in series between the first power supply voltage and the second power supply voltage. Consisting of
The two transistors include a floating gate that extends on a gate insulating film formed on a channel formation region of the semiconductor and is commonly connected between the two transistors,
The floating gate or the connecting portion of the floating gate is disposed through an insulating film, and the potential of the floating gate is controlled in multiple stages by a combination of applied voltages to set the output voltage level or change the threshold voltage. A plurality of control gates,
Source follower connection is made in which at least one of the input conversion unit, the deterministic signal generation unit, and the variable calculation unit takes an output from a series connection point where sources are connected,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the deterministic signal generation unit or the variable calculation unit that is not connected to a source follower is connected to an inverter that extracts an output from a series connection point where drains are connected to each other.
複数の論理回路と、少なくとも前記複数の論理回路間の接続と入力信号の選択を配線接続の有無によってプログラム可能な配線アレイとを有する半導体装置であって、
前記複数の論理回路それぞれは、複数の入力信号を、その論理の組み合わせに応じた複数のレベルをとる電圧に変換して出力する入力変換部と、
制御入力に印加される制御信号と信号入力に前記入力変換部から印加される変換後の入力信号とに基づいて論理確定信号を生成する確定信号生成部と、
信号入力に前記入力変換部の出力が接続され、制御入力に前記確定信号生成部の出力が接続され、当該制御入力で受けた前記論理確定信号に応じて決まる所定関数の論理演算を前記入力変換部で変換後の入力信号に対して実行する可変演算部と
から構成されている半導体装置。
A semiconductor device having a plurality of logic circuits, and a wiring array in which connection between at least the plurality of logic circuits and selection of an input signal can be programmed depending on the presence or absence of wiring connections,
Each of the plurality of logic circuits converts an input signal into a voltage having a plurality of levels corresponding to a combination of the logic, and outputs the converted voltage.
A confirmation signal generation unit that generates a logic determination signal based on a control signal applied to the control input and a converted input signal applied to the signal input from the input conversion unit;
The output of the input conversion unit is connected to a signal input, the output of the determination signal generation unit is connected to a control input, and a logical operation of a predetermined function determined according to the logic determination signal received at the control input is the input conversion A semiconductor device comprising: a variable arithmetic unit that executes the input signal after conversion by the unit.
前記論理回路を構成する絶縁ゲート電界効果トランジスタが、複数の制御ゲートの印加電圧に応じて電位が決まる浮遊ゲートを有し、
前記絶縁ゲート電界効果トランジスタの制御ゲートに接続され、前記浮遊ゲートに対し電荷の注入又は抜き取りを制御して前記絶縁ゲート電界効果トランジスタのしきい電圧を設定または変更するしきい電圧制御部を更に有する
請求項8に記載の半導体装置。
The insulated gate field effect transistor constituting the logic circuit has a floating gate whose potential is determined according to the applied voltage of a plurality of control gates,
A threshold voltage control unit connected to the control gate of the insulated gate field effect transistor and configured to set or change a threshold voltage of the insulated gate field effect transistor by controlling charge injection or extraction of the floating gate; The semiconductor device according to claim 8.
前記配線アレイは、配線の接続有無を確定するプログラム素子として、半導体のチャネル形成領域上に、当該チャネル形成領域上とゲート間にそれぞれ絶縁膜を介在させて浮遊ゲートと制御ゲートを順に積層させてなる不揮発性メモリ素子を複数有する
請求項8に記載の半導体記憶装置。
In the wiring array, floating gates and control gates are sequentially stacked on a semiconductor channel formation region with an insulating film interposed between the channel formation region and the gate as a program element for determining the presence or absence of wiring connection. The semiconductor memory device according to claim 8, comprising a plurality of nonvolatile memory elements.
前記接続アレイは、前記論理回路ごとの所定関数の論理確定を、配線接続の有無によってプログラムする領域を備える
請求項8に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8, wherein the connection array includes a region for programming logic determination of a predetermined function for each logic circuit depending on presence / absence of wiring connection.
前記論理回路に付与する前記制御信号を生成する手段として、用意した電圧レベル群の各電圧レベルを前記確定信号生成部にに入力したときに所望の出力が得られたときは、当該所望の出力が得られる電圧レベルを前記制御信号として出力し、所望の出力が得られないときは、当該出力結果に基づいて電圧レベルの選択及び/又は変更を行い、この選択及び/又は変更を所望の出力が得られるまで繰り返して前記電圧レベル群を収束させ、所望の出力が得られる電圧レベルを前記制御信号として出力する制御信号生成部を
更に有する請求項8に記載の半導体装置。
As a means for generating the control signal to be applied to the logic circuit, when a desired output is obtained when each voltage level of the prepared voltage level group is input to the deterministic signal generator, the desired output is obtained. Is output as the control signal, and when a desired output cannot be obtained, the voltage level is selected and / or changed based on the output result, and this selection and / or change is output as desired. The semiconductor device according to claim 8, further comprising: a control signal generation unit that repeatedly converges the voltage level group until a desired output is obtained and outputs a voltage level at which a desired output is obtained as the control signal.
前記制御信号生成部内で用いられる前記電圧レベルそれぞれが、複数の論理回路の制御信号の確定を一括して行い、かつ前記配線アレイ内の配線接続の論理確定を行うために必要な大きさのビット列から構成されている
請求項12に記載の半導体装置。
Each of the voltage levels used in the control signal generation unit performs a determination of control signals for a plurality of logic circuits at once, and a bit string having a size necessary for determining a logic of wiring connection in the wiring array. The semiconductor device according to claim 12, comprising:
前記制御信号生成部が用意すべき前記電圧レベル群,前記選択又は変更の判断基準が少なくとも格納されたメモリ部を有し、
当該メモリ部と前記制御信号生成部の少なくとも一方は、その内部に論理回路を有する場合、当該論理回路部分が前記演算論理が変更可能な論理回路により構成されている
請求項12に記載の半導体記憶装置。
The voltage level group to be prepared by the control signal generation unit, and a memory unit that stores at least the selection or change criteria.
13. The semiconductor memory according to claim 12, wherein when at least one of the memory unit and the control signal generation unit has a logic circuit therein, the logic circuit portion is configured by a logic circuit capable of changing the arithmetic logic. apparatus.
前記制御信号生成部が用意すべき前記電圧レベル群,前記選択又は変更の判断基準が少なくとも格納されたメモリ部を有し、
当該メモリ部、前記制御信号生成部、前記複数の論理回路および前記接続アレイが、単一な半導体基板に集積化されている
請求項12に記載の半導体記憶装置。
The voltage level group to be prepared by the control signal generation unit, and a memory unit that stores at least the selection or change criteria.
The semiconductor memory device according to claim 12, wherein the memory unit, the control signal generation unit, the plurality of logic circuits, and the connection array are integrated on a single semiconductor substrate.
複数の制御ゲートを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタを含む半導体装置の制御方法であって、
予め用意した複数の電圧レベルを前記絶縁ゲート電界効果トランジスタに入力したときに得られた出力を所望の出力と比較し、
前記比較の結果から出力の一致度に応じた発生確率で電圧レベルを選択及び/又は変更し、
これら比較,選択及び/又は変更を繰り返しながら所望の出力を得るための電圧レベルを特定して、前記制御信号として前記絶縁ゲート電界効果トランジスタに出力する
半導体装置の制御方法。
A method of controlling a semiconductor device including an insulated gate field effect transistor having a plurality of control gates,
The output obtained when a plurality of voltage levels prepared in advance are input to the insulated gate field effect transistor is compared with a desired output,
The voltage level is selected and / or changed with the occurrence probability according to the degree of coincidence of the output from the result of the comparison,
A method for controlling a semiconductor device, wherein a voltage level for obtaining a desired output is identified while repeating the comparison, selection and / or change, and is output to the insulated gate field effect transistor as the control signal.
複数の入力信号を、その論理の組み合わせに応じた複数のレベルをとる電圧に変換して出力する入力変換部と、
前記絶縁ゲート電界効果トランジスタを含み、その制御信号入力用の制御ゲートに印加される制御信号と他の制御ゲートに前記入力変換部から印加される変換後の入力信号とに基づいて論理確定信号を生成する確定信号生成部と、
信号入力に前記入力変換部の出力が接続され、制御入力に前記確定信号生成部の出力が接続され、当該制御入力で受けた前記論理確定信号に応じて決まる所定関数の論理演算を前記入力変換部で変換後の入力信号に対して実行する可変演算部と
から構成された論理回路を前記半導体装置内に有する
請求項16に記載の半導体装置の制御方法。
An input converter that converts a plurality of input signals into a voltage that takes a plurality of levels according to a combination of the logic, and outputs the converted voltage;
Including the insulated gate field effect transistor, and a logic determination signal based on a control signal applied to a control gate for inputting the control signal and a converted input signal applied to the other control gate from the input conversion unit. A deterministic signal generator to generate,
The output of the input conversion unit is connected to a signal input, the output of the determination signal generation unit is connected to a control input, and a logical operation of a predetermined function determined according to the logic determination signal received at the control input is the input conversion 17. The method for controlling a semiconductor device according to claim 16, further comprising: a logic circuit configured by a variable arithmetic unit that executes the input signal after conversion by the unit in the semiconductor device.
前記論理回路が複数存在して全体の論理回路が構成されている場合に、前記予め用意した電圧レベルとして、論理回路の数に対応し、かつ論理回路間の接続と入力選択に必要な大きさのビット列を用いる
請求項17に記載の半導体装置の制御方法。
When a plurality of logic circuits are present and the entire logic circuit is configured, the voltage level prepared in advance corresponds to the number of logic circuits and is necessary for connection between the logic circuits and for input selection. 18. The method of controlling a semiconductor device according to claim 17, wherein a bit string of
前記確定信号生成部として、電圧印加がないときにも一旦設定したしきい電圧が保持できるしきい電圧記憶型インバータを用い、
当該しきい電圧記憶型インバータのしきい電圧を、演算しようとする論理に適した値に設定した後、
前記演算,比較,選択及び/又は変更を繰り返しながら前記電圧レベルの特定を行う
請求項17に記載の半導体装置の制御方法。
As the deterministic signal generation unit, using a threshold voltage storage type inverter that can hold a threshold voltage once set even when no voltage is applied,
After setting the threshold voltage of the threshold voltage storage type inverter to a value suitable for the logic to be calculated,
18. The method of controlling a semiconductor device according to claim 17, wherein the voltage level is specified while repeating the calculation, comparison, selection and / or change.
前記論理回路の論理確定後に、前記しきい電圧記憶型インバータのしきい電圧を、次回以降行われる論理演算に最適な値に予め設定する
請求項19に記載の半導体装置の制御方法。
20. The method of controlling a semiconductor device according to claim 19, wherein after the logic of the logic circuit is determined, a threshold voltage of the threshold voltage storage type inverter is set in advance to an optimum value for a logic operation to be performed after the next time.
前記論理確定後に次の論理演算に備えて行う前記しきい電圧記憶型インバータのしきい電圧の設定は、その後の論理確定において求める論理演算に適した電圧レベルの組み合わせが出来るだけ多くなるように行う
請求項20に記載の半導体装置の制御方法。
The threshold voltage setting of the threshold voltage storage type inverter that is performed in preparation for the next logical operation after the logic determination is performed so that combinations of voltage levels suitable for the logical operation obtained in the subsequent logic determination are increased as much as possible. 21. A method for controlling a semiconductor device according to claim 20.
前記論理の確定ごとに、その論理確定で特定された電圧レベルを記憶しておき、
新しく論理の確定を行うに際し、これに先立って行う前記しきい電圧記憶型インバータのしきい電圧の設定では、予め記憶された前記電圧レベル群のうち最も使用頻度が高い論理演算を実現する電圧レベルが得られるようなしきい電圧を設定する
請求項19に記載の半導体装置の制御方法。
For each logic determination, the voltage level specified by the logic determination is stored,
In the threshold voltage setting of the threshold voltage storage type inverter that is performed prior to the new logic determination, the voltage level that realizes the most frequently used logic operation among the voltage level groups stored in advance. 20. The method for controlling a semiconductor device according to claim 19, wherein a threshold voltage is set so as to obtain
前記論理の確定ごとに、その論理確定で特定された電圧レベルを記憶しておき、
新しく論理の確定を行うに際し、予め記憶された前記電圧レベルのうち、最も使用頻度が高いものから順に、前記演算,比較,選択及び変更を行う
請求項17に記載の半導体装置の制御方法。
For each logic determination, the voltage level specified by the logic determination is stored,
18. The method of controlling a semiconductor device according to claim 17, wherein, when a new logic is determined, the calculation, comparison, selection and change are performed in order from the most frequently used voltage level stored in advance.
少なくとも前記変換後の入力信号,論理確定信号の内部信号と前記電圧レベルを示す信号とは、3値以上に多値化したものを用いる
請求項17に記載の半導体装置の制御方法。
18. The method of controlling a semiconductor device according to claim 17, wherein at least the converted input signal, the internal signal of the logic determination signal, and the signal indicating the voltage level are multivalued to three or more values.
少なくとも前記変換後の入力信号,論理確定信号の内部信号と前記電圧レベルを示す信号として、アナログ信号を用いる
請求項17に記載の半導体装置の制御方法。
18. The method of controlling a semiconductor device according to claim 17, wherein an analog signal is used as at least the input signal after conversion, an internal signal of a logic determination signal, and a signal indicating the voltage level.
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