JPH08148989A - Superconducting fpga device - Google Patents

Superconducting fpga device

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JPH08148989A
JPH08148989A JP6284733A JP28473394A JPH08148989A JP H08148989 A JPH08148989 A JP H08148989A JP 6284733 A JP6284733 A JP 6284733A JP 28473394 A JP28473394 A JP 28473394A JP H08148989 A JPH08148989 A JP H08148989A
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JP
Japan
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superconducting
logic
wiring
input
unit
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Application number
JP6284733A
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Japanese (ja)
Inventor
Mutsuko Hatano
睦子 波多野
Hideyuki Nagaishi
英幸 永石
Mutsumi Hosoya
睦 細谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

PURPOSE: To configure the FPGA device with low power consumption at a high speed by using a Josephson integrated circuit. CONSTITUTION: The device is provided with logic units having a prescribed logic function arranged as a matrix and a wiring unit 812 located between logic units 812 in the vertical direction and the horizontal direction and connected to the logic unit 8, and the connection between the logic unit 812 and the wiring unit and the connection between the vertical and horizontal wires are made by using a superconducting multiplexer 811 and an objective logic function is realized between input terminals and output terminals being parts of the wiring unit 812.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ボードに実装した状態
でLSIに論理機能を設定可能なフィールドプログラマ
ブル ゲート アレイ(Field Programmable Gate Arra
y.以下、FPGA)装置に係り、特に、論理素子及びプログ
ラム素子にジョセフソン素子を用いた超電導FPGA装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field programmable gate array (Field Programmable Gate Array) capable of setting logic functions in an LSI mounted on a board.
y. Hereinafter, the present invention relates to an FPGA device, and more particularly to a superconducting FPGA device using Josephson elements for logic elements and program elements.

【0002】[0002]

【従来の技術】ボードに実装した状態でLSIに論理機
能を設定可能なFPGA装置に関しては、従来多数の製
品が発表されている。中でも代表的なザイリンクス(Xi
linx)社のFPGA装置が日経マイクロデバイス No.1
08,60ページ,(1994年)に記述されている。
2. Description of the Related Art A large number of products have been hitherto announced as FPGA devices capable of setting logic functions in an LSI mounted on a board. Among them, the typical Xilinx (Xi
linx) FPGA device is Nikkei Microdevice No.1
08, p. 60, (1994).

【0003】ザイリンクス社のFPGA装置は、可変論
理ユニットの入出力端子を水平または垂直方向配線チャ
ネルに選択接続することにより、ユーザの希望する任意
の論理機能をLSIチップ内に実現できる。
The Xilinx FPGA device can realize an arbitrary logic function desired by the user in the LSI chip by selectively connecting the input / output terminals of the variable logic unit to the horizontal or vertical wiring channels.

【0004】論理エミュレーション装置の全体構成を図
5に示す。同図で101はエミュレーション装置全体を
収容するLSIチップ、102は可変論理ユニット、1
03はI/Oユニット、104は水平方向配線、105
は垂直方向配線である。可変論理ユニットの入出力端子
を水平または垂直方向配線に選択接続することにより、
希望する任意の論理機能をLSIチップ内に実現でき
る。なお装置の配線には超電導線を用いることにより信
号の遅延を減少させて、高速化,低消費電力化を図る。
FIG. 5 shows the overall configuration of the logic emulation device. In the figure, 101 is an LSI chip that accommodates the entire emulation device, 102 is a variable logic unit, and 1 is a variable logic unit.
03 is an I / O unit, 104 is horizontal wiring, and 105
Is a vertical wiring. By selectively connecting the input / output terminals of the variable logic unit to horizontal or vertical wiring,
Any desired logic function can be realized in the LSI chip. It should be noted that by using a superconducting wire for the wiring of the device, the signal delay is reduced, and the speed and power consumption are reduced.

【0005】可変論理ユニットの構成を図6に示す。同
図で201はユーザプログラマブルルックアップテーブ
ル、202はユーザプログラマブルマルチプレクサ、2
03はフリップフロップ、204は入力信号線、205
は出力信号線である。
The structure of the variable logic unit is shown in FIG. In the figure, 201 is a user programmable lookup table, 202 is a user programmable multiplexer, and 2
03 is a flip-flop, 204 is an input signal line, 205
Is an output signal line.

【0006】ユーザプログラマブルルックアップテーブ
ル201の内容及びユーザプログラマブルマルチプレク
サ202の切替はRAMセル群206により制御され
る。可変論理ユニットの入出力配線は、水平方向配線ま
たは垂直方向配線とスイッチマトリックスで接続され
る。同様に水平方向配線と垂直方向配線はスイッチマト
リックスで接続される。スイッチマトリックスは配線間
スイッチを格子状に整列させたものである。
The contents of the user programmable lookup table 201 and the switching of the user programmable multiplexer 202 are controlled by the RAM cell group 206. The input / output wiring of the variable logic unit is connected to the horizontal wiring or the vertical wiring by a switch matrix. Similarly, the horizontal wiring and the vertical wiring are connected by a switch matrix. The switch matrix is an array of switches between wirings arranged in a grid pattern.

【0007】配線間スイッチ305の構成を図7に示
す。同図で401はCMOSのスイッチであり、水平方
向配線104と、垂直方向配線105を接続する。接続
の制御はRAMセル402により行われる。RAMセル
402の内容は‘1’であると水平方向配線104と、
垂直方向配線105は接続され、‘0’であると両者は
切り離される。CMOSスイッチ401はオフ時に殆ど
無限大の抵抗値を実現できるので、理想的な双方向スイ
ッチとして動作可能である。
The configuration of the inter-wiring switch 305 is shown in FIG. In the figure, 401 is a CMOS switch, which connects the horizontal wiring 104 and the vertical wiring 105. The connection control is performed by the RAM cell 402. If the content of the RAM cell 402 is "1", the horizontal wiring 104
The vertical wiring 105 is connected, and when it is '0', the two are separated. Since the CMOS switch 401 can realize an almost infinite resistance value when it is off, it can operate as an ideal bidirectional switch.

【0008】以上のようなFPGA装置は配線間スイッ
チ305の切り替えにより、任意の機能を実現できる。
CMOS集積化技術の進歩により、1LSI内に等価的
に実現できる論理回路の規模も数千ゲートに達する。こ
のため、このようなFPGA装置はLSIの試作前のボ
ードの動作検証や論理エミュレーション装置として広く
用いられている。
The above FPGA device can realize an arbitrary function by switching the inter-wiring switch 305.
With the progress of CMOS integration technology, the scale of a logic circuit that can be equivalently realized in one LSI reaches several thousand gates. For this reason, such an FPGA device is widely used as an operation verification and logic emulation device for a board before an LSI is prototyped.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】音声や画像のLSIの
検証は実時間で行う必要が有る。その際に要求される速
度はクロック200MHzから500MHz以上であ
る。さらに対象が並列に展開できないので並列処理や分
散処理をさせることが不可能である。
Problems to be solved by the invention: Verification of a voice or image LSI needs to be performed in real time. The speed required at that time is from 200 MHz to 500 MHz or more. Furthermore, since the target cannot be expanded in parallel, it is impossible to perform parallel processing or distributed processing.

【0010】従来のFPGA装置を応用した論理エミュ
レーション装置の制約は、等価的な論理を本来目的とす
るLSI上に最適な形で実現した場合に対比して、動作
速度が遅いことにある。例えば、現在のサブミクロンC
MOSプロセスで最適設計を行えばクロック100MH
z程度の論理回路を実現することは可能であるが、論理
エミュレーション装置で実現可能な速度は10MHz程
度である。
A limitation of the logic emulation device to which the conventional FPGA device is applied is that the operation speed is slow compared with the case where the equivalent logic is optimally realized on the originally intended LSI. For example, the current submicron C
Clock 100 MH if optimized design in MOS process
Although it is possible to realize a logic circuit of about z, the speed that can be realized by the logic emulation device is about 10 MHz.

【0011】これは、プログラマビリティを実現する手
段としてCMOSあるいはフラッシュメモリを配線間ス
イッチ用の素子として用いた場合、論理ゲート間に介在
している配線チャネルや配線間スイッチの寄生容量や寄
生抵抗が大きいためである。このため実時間との差が2
0倍以上あり、これでは実時間での論理ネットリストの
検証が困難となる。
This is because when a CMOS or a flash memory is used as an element for inter-wiring switch as a means for realizing programmability, the parasitic capacitance and parasitic resistance of the wiring channel and the inter-wiring switch interposed between the logic gates are Because it is big. Therefore, the difference from real time is 2
It is 0 times or more, which makes it difficult to verify the logical netlist in real time.

【0012】一方、配線間スイッチ用の素子として、バ
イポーラやGaAs素子のSRAMを用いた場合、SR
AMは6個以上のフリップフロップ回路から構成されて
いるため、素子数が膨大となることから高集積化が困難
である。さらに、CMOS,バイポーラ素子あるいはフ
ラッシュメモリを用いると、素子の駆動電圧が1V以上
であるため消費電力が大きくなり、高集積化ができなく
なるとともに、通信用の携帯機器への適用が困難であ
る。また、従来のFPGA装置にSRAMを用いたもの
では、電源を落すと書き込んだプログラムが消去される
という問題があった。
On the other hand, when a bipolar or GaAs element SRAM is used as an element for switching between wirings, SR
Since the AM is composed of six or more flip-flop circuits, the number of elements becomes enormous, so that high integration is difficult. Furthermore, when a CMOS, a bipolar element or a flash memory is used, since the element driving voltage is 1 V or more, power consumption increases, high integration cannot be achieved, and it is difficult to apply to a portable device for communication. Further, the conventional FPGA device using the SRAM has a problem that the written program is erased when the power is turned off.

【0013】本発明の第一の目的は、高速で動作可能な
FPGA装置を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide an FPGA device which can operate at high speed.

【0014】本発明の第二の目的は、低消費電力で動作
可能なFPGA装置を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide an FPGA device that can operate with low power consumption.

【0015】本発明の第三の目的は、電源を落しても論
理実行時にはその選択状態を保持することができるFP
GA装置を提供することにある。
A third object of the present invention is to keep the selected state in logic execution even if the power is turned off.
It is to provide a GA device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的
は、格子状に整列された一定の論理機能を有する論理ユ
ニットと、該論理ユニットの垂直方向と水平方向との間
に設けられ、前記論理ユニットに接続された配線ユニッ
トとからなり、前記論理ユニットと配線ユニットとの接
続、及び垂直側と水平側配線との接続に超電導マルチプ
レクサが使用されており、前記超電導マルチプレクサの
切り替え制御により、配線ユニットの一部である入力端
子と出力端子との間に目的とする論理機能を実現するこ
とにより達成される。本発明は、FPGA装置をCMO
S技術ではなく、より高速の超電導集積回路技術で構成
することにより、等価的な論理を目的とするLSI上に
最適な形で実現した場合以上の性能を実現しようとする
ものである。
These objects of the present invention are provided between a logic unit arranged in a grid and having a certain logical function, and between the vertical and horizontal directions of the logical unit. A wiring unit connected to the logic unit, a superconducting multiplexer is used for the connection between the logical unit and the wiring unit, and the connection between the vertical side and the horizontal side wiring, and the wiring is controlled by the switching control of the superconducting multiplexer. This is accomplished by implementing the desired logic function between the input and output terminals that are part of the unit. The present invention is a CMO for FPGA devices.
By using not the S technology but a higher speed superconducting integrated circuit technology, it is intended to realize a performance higher than that achieved in the optimum form on an LSI intended for an equivalent logic.

【0017】[0017]

【作用】代表的な超電導集積回路であるジョセフソン集
積回路では、2μm程度のプロセスを用いても1GHz
以上の動作クロックが実現可能である。プログラマビリ
ティを実現する手段として、論理ゲート間に配線チャネ
ルや配線間スイッチを介在させても100MHz以上の
動作クロックが実現可能である。さらに超電導マルチプ
レクサの特定入力の選択により、論理機能を設定する論
理プログラム時に超電導ループ電流が設定されて、論理
実行時には電源を落してもその選択状態を保持すること
ができる。
In the Josephson integrated circuit, which is a typical superconducting integrated circuit, 1 GHz is obtained even if a process of about 2 μm is used.
The above operation clock can be realized. As a means for realizing programmability, an operation clock of 100 MHz or more can be realized even if wiring channels or wiring switches are interposed between logic gates. Further, by selecting a specific input of the superconducting multiplexer, the superconducting loop current is set at the time of logic programming for setting the logic function, and the selected state can be maintained even when the power is turned off at the time of executing the logic.

【0018】但し、ジョセフソン素子のオフ時の抵抗値
を無限大にすることは不可能である。その代わりオン時
の抵抗はゼロとすることができる。このため、CMOS
のような双方向スイッチを使用する代わりにマルチプレ
クサのみを組み合わせて配線間接続のプログラマビリテ
ィを確保することになる。このためFPGA装置全体の
構成方法が異なってくる。
However, it is impossible to make the resistance value of the Josephson element in the off state infinite. Instead, the on-resistance can be zero. Therefore, CMOS
Instead of using a bidirectional switch like this, only multiplexers are combined to ensure the programmability of interconnections. Therefore, the configuration method of the entire FPGA device differs.

【0019】[0019]

【実施例】図1に本発明の超電導FPGA装置の基本要
素である超電導プログラマブル多入力マルチプレクサの
構成を示す。同図で501〜503は肯定入力側ジョセ
フソン素子、511〜513は否定入力側ジョセフソン
素子、521,522は負荷抵抗、523は電源安定化
抵抗である。
1 shows the configuration of a superconducting programmable multi-input multiplexer which is a basic element of a superconducting FPGA device of the present invention. In the figure, 501 to 503 are positive input side Josephson elements, 511 to 513 are negative input side Josephson elements, 521 and 522 are load resistors, and 523 is a power source stabilizing resistor.

【0020】第一の肯定入力側(正側)ジョセフソン素
子501及び第一の否定入力側(逆側)ジョセフソン素
子511には共に正向きにループ信号S1が印加されて
いる。さらにジョセフソン素子501及び511には入
力信号A1がそれぞれ正向き及び逆向きに印加されてい
る。一方、プログラム用ジョセフソン素子531,リセ
ット用ジョセフソン素子532に配線ループ533を直
列接続したもの、ダンピング抵抗534を並列に接続し
たものにも直流電流Ibが供給されている。プログラム
用ジョセフソン素子531にはプログラム信号P1が供
給されている。リセット用ジョセフソン素子532には
リセット信号R1が供給されている。
The loop signal S1 is applied in the positive direction to both the first positive input side (positive side) Josephson element 501 and the first negative input side (reverse side) Josephson element 511. Further, the input signal A1 is applied to the Josephson elements 501 and 511 in the forward and reverse directions, respectively. On the other hand, the direct current Ib is also supplied to the programming Josephson element 531, the reset Josephson element 532, the wiring loop 533 connected in series, and the damping resistor 534 connected in parallel. The program signal P1 is supplied to the programming Josephson element 531. A reset signal R1 is supplied to the reset Josephson element 532.

【0021】直流電流Ibを供給した状態でプログラム
信号P1を供給することにより、配線ループ533に直
流電流が流れ、ジョセフソン素子501及び511に印
加されるループ信号がオンとなる。配線ループ533は
プログラム用ジョセフソン素子531及びリセット用ジ
ョセフソン素子532とともに超電導ループを形成する
ので、ループ信号は直流電流Ibを遮断しても消失しな
い。すなわち、超電導ループは不揮発的な機能を有す
る。ループ信号を消失させるためには、リセット信号R
1を印加する。
By supplying the program signal P1 with the DC current Ib being supplied, a DC current flows through the wiring loop 533, and the loop signal applied to the Josephson elements 501 and 511 is turned on. Since the wiring loop 533 forms a superconducting loop together with the programming Josephson element 531 and the reset Josephson element 532, the loop signal does not disappear even if the direct current Ib is interrupted. That is, the superconducting loop has a non-volatile function. To eliminate the loop signal, the reset signal R
1 is applied.

【0022】同様に、第二の肯定入力側ジョセフソン素
子502及び第二の否定入力側ジョセフソン素子512
には、共に正向きにループ信号S2が印加されている。
さらにジョセフソン素子502及び512には、入力信
号A2がそれぞれ正向き及び逆向きに印加されている。
一方、プログラム信号P2をプログラム用ジョセフソン
素子535に供給することにより、ジョセフソン素子5
02及び512に印加されるループ信号がオンとなる。
Similarly, the second positive input side Josephson element 502 and the second negative input side Josephson element 512.
, The loop signal S2 is applied in the positive direction.
Further, the input signal A2 is applied to the Josephson elements 502 and 512 in the forward and reverse directions, respectively.
On the other hand, by supplying the program signal P2 to the programming Josephson element 535, the Josephson element 5
The loop signal applied to 02 and 512 is turned on.

【0023】同様に、第Nの肯定入力側ジョセフソン素
子503及び第Nの否定入力側ジョセフソン素子513
には、共に正向きにループ信号SNが印加されている。
さらにジョセフソン素子503及び513には、入力信
号ANがそれぞれ正向き及び逆向きに印加されている。
一方、プログラム信号PNをプログラム用ジョセフソン
素子536に供給することにより、ジョセフソン素子5
03及び513に印加されるループ信号がオンとなる。
Similarly, the Nth positive input side Josephson element 503 and the Nth negative input side Josephson element 513.
, The loop signal SN is applied in the positive direction.
Further, the input signals AN are applied to the Josephson elements 503 and 513 in the forward and reverse directions, respectively.
On the other hand, by supplying the program signal PN to the programming Josephson element 536, the Josephson element 5
The loop signal applied to 03 and 513 is turned on.

【0024】ジョセフソン素子501〜503,511
〜513は、ループ信号がオンとなったもののみイネー
ブル(有効選択)され、イネーブルされた素子に印加さ
れる入力信号がオンであれば出力信号もオンとなり、入
力信号がオフであれば出力信号もオフとなる。即ち、イ
ネーブルされた素子に印加される入力信号に一致した出
力信号が発生する。ただしループ信号としては、N本の
中から1本だけを選択する。またループ信号はプログラ
ム信号により発生するので、プログラム信号で選択され
た入力信号が出力に現われることになる。すなわちプロ
グラマブル多入力マルチプレクサとして動作することに
なる。
Josephson elements 501-503, 511
˜513 is enabled (valid selection) only when the loop signal is turned on, the output signal is turned on when the input signal applied to the enabled element is on, and the output signal is turned on when the input signal is off. Will also be off. That is, an output signal corresponding to the input signal applied to the enabled element is generated. However, only one loop signal is selected from N loop signals. Since the loop signal is generated by the program signal, the input signal selected by the program signal appears at the output. That is, it operates as a programmable multi-input multiplexer.

【0025】図2に、以下の実施例の説明で使用するプ
ログラマブル多入力マルチプレクサのシンボル図を示
す。特に断らない限り、シンボル図601のように、プ
ログラム信号や電源電流は省略し、A1〜ANの入力信
号と出力信号OUTのみを記す。入力信号A1〜ANが
次段でも使用される場合、602のように記す。入力信
号A0がその段でのみ使用される場合、603のように
記す。
FIG. 2 shows a symbol diagram of a programmable multi-input multiplexer used in the description of the embodiments below. Unless otherwise specified, program signals and power supply currents are omitted and only the input signals and output signals OUT of A1 to AN are shown as in the symbol diagram 601. When the input signals A1 to AN are also used in the next stage, they are written as 602. When the input signal A0 is used only in that stage, it is noted as 603.

【0026】図3に本発明の超電導FPGA装置の基本
ユニットである論理/配線ユニットの構成を示す。同図
で701は当該段へのN本の入力バスであり、702は
次段へN本の出力バスである。703はM本の内部バス
である。711は可変論理ユニットであり、ジョセフソ
ン素子からなる複数のORとANDで構成されている。
これらのORとANDの配線接続により、任意の論理を
組むことができる。
FIG. 3 shows the configuration of the logic / wiring unit which is the basic unit of the superconducting FPGA device of the present invention. In the figure, 701 is N input buses to the relevant stage, and 702 is N output buses to the next stage. Reference numeral 703 denotes M internal buses. Reference numeral 711 is a variable logic unit, which is composed of a plurality of OR's and Joseph's composed of Josephson elements.
Arbitrary logic can be formed by wiring connection of these OR and AND.

【0027】可変論理ユニット711の入力の一部はプ
ログラム入力712として与えられる。残りの入力71
3はN入力マルチプレクサ714で入力バスを選択接続
して得られる。可変論理ユニット711の出力信号線は
出力バスの1本を構成する。当該段への入力バス701
の第i行とM本の内部バス703から、(M+1)入力
マルチプレクサにより、次段への出力バス702の第i
行が選択される。なお、このN個の(M+1)入力マル
チプレクサの部分716をN×Mマルチプレクサとし
て、他の部分にも用いる。
Some of the inputs of variable logic unit 711 are provided as program inputs 712. Remaining inputs 71
3 is obtained by selectively connecting the input bus with the N input multiplexer 714. The output signal line of the variable logic unit 711 constitutes one of the output buses. Input bus 701 to the stage
From the i-th row and M internal buses 703 of the output bus 702 to the next stage by the (M + 1) input multiplexer.
The row is selected. The portion 716 of the N (M + 1) input multiplexers is used as an N × M multiplexer for other portions.

【0028】本実施例では可変論理ユニットで論理を組
んだが、可変論理ユニットをプログラマブル多入力マル
チプレクサの超電導ループで構成し、該マルチプレクサ
を用いて論理を組むこともできる。
In this embodiment, the logic is formed by the variable logic unit, but the variable logic unit may be formed by the superconducting loop of the programmable multi-input multiplexer and the multiplexer may be used to form the logic.

【0029】図4に本発明の超電導FPGA装置の全体
構成を示す。同図で801は装置全体への入力バスで、
N本ある。一方、802は装置全体からの出力バスで、
M本ある。出力バスは、フリップフロップユニット80
4にも帰還される。フリップフロップユニット804は
クロックを供給されるM個のフリップフロップを並列に
配置したものである。フリップフロップユニット804
のM本の出力805はN×Mマルチプレクサ811の内
部バスに接続される。
FIG. 4 shows the overall structure of the superconducting FPGA device of the present invention. In the figure, reference numeral 801 denotes an input bus to the entire device,
There are N. On the other hand, 802 is an output bus from the entire device,
There are M books. The output bus is a flip-flop unit 80
Returned to 4. The flip-flop unit 804 is a parallel arrangement of M flip-flops supplied with a clock. Flip-flop unit 804
M outputs 805 of are connected to the internal bus of the N × M multiplexer 811.

【0030】装置全体への入力バス801はN×Mマル
チプレクサ811の入力バスに接続される。N×Mマル
チプレクサ811はM個存在し、内部の構成は図3の7
16に示した。本装置の中核をなすものはM行K列に配
列された論理/配線ユニット812である。第一列のM
個の論理/配線ユニットは、相互にM本の内部バス81
3で接続されており、かつそれぞれN×Mマルチプレク
サ811の各N本の出力バス814を入力バスとして受
け入れる。
The input bus 801 to the entire device is connected to the input bus of the N × M multiplexer 811. There are M N × M multiplexers 811 and the internal configuration is 7 in FIG.
16 shows. The core of this device is a logic / wiring unit 812 arranged in M rows and K columns. First row M
The logic / wiring units are M internal buses 81 to each other.
3, and each of the N output buses 814 of the N × M multiplexer 811 is received as an input bus.

【0031】同様に第2列のM個の論理/配線ユニット
は、第1列の出力バス815を入力バスとして受け入れ
る。同様に最終列である第K列のM個の論理/配線ユニ
ットは、第(K−1)列の出力バス816を入力バスと
して受け入れる。そして第K列のM個の論理/配線ユニ
ットの内部バスが装置全体からの出力バス802に接続
される。
Similarly, the M logic / wiring units in the second column accept the output bus 815 in the first column as an input bus. Similarly, the M logic / wiring units in the Kth column, which is the last column, receive the output bus 816 in the (K−1) th column as an input bus. The internal buses of the M logic / wiring units in the Kth column are connected to the output bus 802 from the entire device.

【0032】本発明のFPGA装置では、半導体FPG
A装置におけるCMOSスイッチの代わりにプログラマ
ブル多入力マルチプレクサを用いているため、論理/配
線ユニットの配列内で双方向に信号を授受することはで
きない。第i列の論理/配線ユニットの出力は第(i+
1)列に受け継がれ、逆方向には伝搬できない。このた
め、模擬しようとする論理回路のラッチ間論理段数は、
可変論理ユニット内論理段数×論理/配線ユニット列数
(K)以内でなくてはならない。可変論理ユニットは組
み合わせ回路であるため、任意の順序回路を模擬する場
合にはラッチが必要となる。本発明では、順序回路をフ
リップフロップユニット804を用いて実現する。フリ
ップフロップユニット804の出力805はN×Mマル
チプレクサ811を介して論理/配線ユニットの配列の
先頭に帰還されているため、一定の規模の組み合わせ回
路と順序回路の両方を含む回路を模擬することが可能と
なる。
In the FPGA device of the present invention, the semiconductor FPG
Since a programmable multi-input multiplexer is used instead of the CMOS switch in the A device, it is not possible to send and receive signals bidirectionally within the array of logic / wiring units. The output of the logic / wiring unit in the i-th column is (i +
1) It is inherited by the column and cannot propagate in the opposite direction. Therefore, the number of logic stages between latches of the logic circuit to be simulated is
It must be within the number of logic stages in the variable logic unit × the number of logic / wiring unit columns (K). Since the variable logic unit is a combinational circuit, a latch is required when simulating an arbitrary sequential circuit. In the present invention, the sequential circuit is realized by using the flip-flop unit 804. Since the output 805 of the flip-flop unit 804 is fed back to the head of the array of logic / wiring units via the N × M multiplexer 811, it is possible to simulate a circuit including both a combinational circuit of a certain scale and a sequential circuit. It will be possible.

【0033】図4の超電導FPGA装置をさらに大規模
に接続し、X方向にP列,Y方向にQ列配置することに
より、全体で模擬可能な論理規模を(P×Q)倍に拡大
することができる。これにより大規模な論理機能、例え
ば論理エミュレーション装置の実現が可能となる。
By connecting the superconducting FPGA device of FIG. 4 in a larger scale and arranging P rows in the X direction and Q rows in the Y direction, the logic scale that can be simulated as a whole is expanded by (P × Q) times. be able to. This makes it possible to realize a large-scale logic function, for example, a logic emulation device.

【0034】本実施例によれば超電導プログラマブル多
入力マルチプレクサを用いてFPGA装置を構成できるの
で、高速で低消費電力で動作するFPGA装置を実現す
ることが可能である。また高集積化を図ることもでき
る。さらに、電源を落しても論理実行時にはその選択状
態を保持する不揮発的な動作をするFPGA装置を提供
することである。本実施例の超電導FPGA装置を用い
れば、LSIの試作前のボードの動作検証や論理エミュ
レーション装置を容易に実現できる。
According to this embodiment, since the FPGA device can be constructed by using the superconducting programmable multi-input multiplexer, it is possible to realize the FPGA device which operates at high speed and low power consumption. Also, high integration can be achieved. Another object of the present invention is to provide a non-volatile FPGA device that retains the selected state during logic execution even when the power is turned off. By using the superconducting FPGA device of this embodiment, it is possible to easily realize the operation verification of the board before the trial manufacture of the LSI and the logic emulation device.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば超電導プログラマブル多
入力マルチプレクサを用いてFPGA装置を構成できる
ので、高速で低消費電力で動作するFPGA装置を実現
することが可能である。また高集積化を図ることもでき
る。さらに、電源を落しても論理実行時にはその選択状
態を保持する不揮発的な動作をするFPGA装置を提供
することができる。
According to the present invention, since the FPGA device can be constructed by using the superconducting programmable multi-input multiplexer, it is possible to realize the FPGA device which operates at high speed with low power consumption. Also, high integration can be achieved. Furthermore, it is possible to provide an FPGA device that performs a non-volatile operation in which the selected state is held during logic execution even when the power is turned off.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の超電導プログラマブル多入力マルチプ
レクサの回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram of a superconducting programmable multi-input multiplexer of the present invention.

【図2】本発明の多入力マルチプレクサのシンボルの説
明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of symbols of the multi-input multiplexer of the present invention.

【図3】本発明の超電導FPGA装置の論理/配線ユニ
ットの構成を示す系統図。
FIG. 3 is a system diagram showing a configuration of a logic / wiring unit of the superconducting FPGA device of the present invention.

【図4】本発明の超電導FPGA装置の全体構成を示す
系統図。
FIG. 4 is a system diagram showing the overall configuration of a superconducting FPGA device of the present invention.

【図5】従来のFPGA装置の全体構成を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a conventional FPGA device.

【図6】従来のFPGA装置内の可変論理ユニットの構
成を示す系統図。
FIG. 6 is a system diagram showing a configuration of a variable logic unit in a conventional FPGA device.

【図7】従来のFPGA装置における配線間スイッチの
構成を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of an inter-wiring switch in a conventional FPGA device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

801…入力バス、802…出力バス、804…フリッ
プフロップユニット、805…出力、811…N×Mマ
ルチプレクサ、812…論理/配線ユニット、813…
内部バス、814…出力バス、815…出力バス、81
6…出力バス。
801 ... Input bus, 802 ... Output bus, 804 ... Flip-flop unit, 805 ... Output, 811 ... N × M multiplexer, 812 ... Logic / wiring unit, 813 ...
Internal bus, 814 ... Output bus, 815 ... Output bus, 81
6 ... Output bus.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】格子状に整列された一定の論理機能を有す
る論理ユニットと、前記論理ユニットの垂直方向と水平
方向との間に設けられ、前記論理ユニットに接続された
配線ユニットとからなり、前記論理ユニットと前記配線
ユニットとの接続、及び垂直方向配線と水平方向配線と
の接続に超電導マルチプレクサが使用され、前記超電導
マルチプレクサの切り替え制御により、前記配線ユニッ
トの一部である入力端子と出力端子との間に目的とする
論理機能を実現することを特徴とする超電導FPGA装
置。
1. A logic unit having a certain logic function arranged in a grid pattern, and a wiring unit provided between the vertical and horizontal directions of the logical unit and connected to the logical unit. A superconducting multiplexer is used for connecting the logic unit and the wiring unit, and for connecting vertical wiring and horizontal wiring, and an input terminal and an output terminal which are part of the wiring unit are controlled by switching control of the superconducting multiplexer. A superconducting FPGA device, which realizes a desired logical function between and.
【請求項2】請求項1に記載の前記超電導マルチプレク
サは、一本の信号配線と信号配線のイネーブル配線が正
方向に入力される正側ジョセフソン素子と、前記信号配
線が逆方向に入力され、前記信号配線のイネーブル配線
が正方向に入力される逆側ジョセフソン素子とを一組と
し、それらの複数組を従属接続してなり、複数組のうち
の一組にイネーブル入力が与えられることにより、その
一組と同一の組の信号線の入力が出力に現われる超電導
FPGA装置。
2. The superconducting multiplexer according to claim 1, wherein one signal line and a positive Josephson element in which an enable line of the signal line is input in a positive direction and the signal line in a reverse direction are input. A pair of reverse-side Josephson elements to which the enable wirings of the signal wirings are input in the forward direction are set, and a plurality of these sets are connected in cascade, and an enable input is given to one of the plurality of sets. Thus, a superconducting FPGA device in which the input of the same set of signal lines as that set appears at the output.
【請求項3】請求項2に記載の前記イネーブル入力は、
2個のジョセフソン素子とそれらを直列接続する超電導
配線とで構成される超電導ループのループ電流として供
給され、前記FPGA装置に論理機能を設定する論理プ
ログラム時にループ電流が設定されて超電導マルチプレ
クサの特定入力の選択を実現し、論理実行時にはその選
択状態を保持する超電導FPGA装置。
3. The enable input according to claim 2,
It is supplied as a loop current of a superconducting loop composed of two Josephson elements and a superconducting wiring connecting them in series, and the loop current is set at the time of a logic program for setting a logic function in the FPGA device to identify the superconducting multiplexer A superconducting FPGA device that realizes input selection and retains the selected state during logic execution.
【請求項4】請求項1において、順序回路を模擬する機
能を有するフリップフロップユニットを含み、前記フリ
ップフロップユニットの出力は前記超電導マルチプレク
サを介して論理ユニットと配線ユニットの配列の先頭に
帰還されている超電導FPGA装置。
4. A flip-flop unit having a function of simulating a sequential circuit according to claim 1, wherein the output of the flip-flop unit is fed back to the head of the array of logic units and wiring units via the superconducting multiplexer. Superconducting FPGA device.
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