発明情報

背景

高速フーリエ変換（FFT）は、離散フーリエ変換（DFT）を高速化したアルゴ リズムであり、様々な分野で入力信号のスペクトル解析に利用され、従来より高 速化、効率化、使用メモリを削減する様々な手法が提案されてきました。 宇宙物理学の重要な課題であるダークマター探索においては、電波や光を高分 解能かつ高効率に分光できる分光計、およびその核となるFFT演算の高性能化が 求められています。具体的には、数GHzの広帯域を同時に、数十kHzの高い周波 数分解能で分光できること、すなわち、分割点数「１×105」規模の膨大な入力デ ータを処理できるFFT技術が要求されます。これまでにGPU（Graphics Processing Unit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）上にFFTを実装 した例もありましたが、同時帯域幅、周波数分解能、データ処理の連続性の要求 性能すべてを満たすものはありませんでした。

発明概要と利点

本発明者らは、回転因子の指数法則に着目し最小限のメモリと演算回路で実装できる回転演算回路を考案しました。さらに、回転因子テーブルを効率的に利用する独自構成を組み合わせた新規FFT回路を開発し、FPGAに実装しました。これにより、従来手法に比べ大幅にメモリを削減しつつ、乗算回数の増加を最小限に抑制し、低メモリ・広帯域高分解能リアルタイムFFT処理を実現しました。

⮚メモリ低減により、低消費電力・小規模回路化に寄与
•回転演算向けメモリを従来比1/8-1/16に削減
•FFT回路全体で、従来手法と比べ、乗算回数の増加を10%に抑制しつつ、メモリを20-40%削減

⮚広帯域・高分解能FFTをリアルタイム処理
本FFTアルゴリズム搭載「dSpec」分光計実証スペック
　・FFTサイズ：N=217～18

　・12ビット幅入力
　・帯域幅4GHz、分解能31.25 kHz
　・デッドタイムなし連続分光に対応