特許ウォッチ

公開番号2025066977
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023176584
出願日2023-10-12
発明の名称演算装置
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人明成国際特許事務所
主分類G06F 17/10 20060101AFI20250417BHJP(計算;計数)
要約【課題】少ない消費電力で数論変換及び逆数論変換を用いた畳み込み演算を実行できる演算装置を提供する。
【解決手段】演算装置100は、メモリ20と、演算ユニット50を1つまたは並列に複数備え、2つ以上の入力データと同数の出力データを出力する演算部40と、処理部30と、を備え、演算部は出力データを処理部に出力し、処理部は、入力データ及び出力データを一時的に記憶するバッファ31と、出力データを予め定められた順番に並び替えたデータである並び替えデータを生成し、並び替えデータを入力データとして繰り返し演算部に入力する、並び替え部32と、第1データ及び第2データを選択する選択部33と、第1データに含まれる出力データ及び第2データに含まれる出力データを複数の組に分割し、第1データに含まれる出力データ及び第2データに含まれる出力データを、組毎に入力データとして演算部に入力する、分割部34と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
数論変換及び逆数論変換を用いた畳み込み演算を行う演算装置（１００）であって、
前記畳み込み演算が行われる前のデータ及び前記畳み込み演算が行われた後のデータを記憶するメモリ（２０）と、
２つの入力データのバタフライ演算を行うように構成された演算ユニット（５０）を１つまたは並列に複数備え、２つ以上の前記入力データと同数の出力データを出力する演算部（４０）と、
処理部（３０）と、を備え、
前記演算部は、前記出力データを前記処理部に出力し、
前記処理部は、
前記入力データ及び前記出力データを一時的に記憶するバッファ（３１）と、
前記メモリに記憶された前記畳み込み演算が行われる前の前記データを予め定められた順番に並び替えたデータ、または、前記出力データを予め定められた順番に並び替えたデータである、並び替えデータを生成し、前記並び替えデータを前記入力データとして繰り返し前記演算部に入力する、並び替え部（３２）と、
前記バッファに記憶された複数の前記出力データを含む第１データ及び第２データを選択する選択部（３３）と、
前記第１データに含まれる前記出力データ及び前記第２データに含まれる前記出力データを複数の組に分割し、前記第１データに含まれる前記出力データ及び前記第２データに含まれる前記出力データを、前記組毎に前記入力データとして前記演算部に入力する、分割部（３４）と、を備える、
演算装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載の演算装置であって、
前記畳み込み演算は、前記数論変換と、前記数論変換の後に実行され、加算、減算、及び乗算から構成される行列演算と、前記行列演算の後に実行される前記逆数論変換と、から構成され、
前記並び替え部は、前記数論変換及び前記逆数論変換において、前記並び替えデータを生成し、前記並び替えデータを前記入力データとして繰り返し前記演算部に入力し、
前記選択部は、前記行列演算において前記第１データ及び前記第２データを選択し、
前記分割部は、前記行列演算において、前記第１データに含まれる前記出力データ及び前記第２データに含まれる前記出力データを複数の前記組に分割し、前記第１データに含まれる前記出力データ及び前記第２データに含まれる前記出力データを、前記組毎に前記入力データとして前記演算部に入力する、
演算装置。
【請求項３】
請求項１に記載の演算装置であって、
前記バッファは、前記出力データを係数とする多項式を複数記憶し、
前記選択部は、前記第１データとして１つの前記多項式を選択し、前記第２データとして前記第１データとは異なる１つの前記多項式を選択する、
演算装置。
【請求項４】
請求項１に記載の演算装置であって、
前記畳み込み演算は、データの暗号化または復号を行う演算の一部を構成する、
演算装置。
【請求項５】
請求項１に記載の演算装置であって、
前記演算ユニットは、
１つの前記入力データである第１入力データが入力される第１入力部（５１）と、
前記第１入力データとは異なる１つの前記入力データである第２入力データが入力される第２入力部（５２）と、
前記バタフライ演算に含まれる乗算を実行する位置を選択可能に設けられ、入力された値に乗算係数を乗算した値を出力する乗算器（５５）と、
入力された値、または、入力された値にシフト演算を行った値を選択的に出力するシフト演算部（５８）と、
１つの前記出力データである第１出力データを出力する第１出力部（５３）と、
前記第１出力データとは異なる１つの前記出力データである第２出力データを出力する第２出力部（５４）と、を備える、
演算装置。
【請求項６】
請求項５に記載の演算装置であって、
前記演算装置が前記数論変換を実行する場合に、
前記第１出力部は、前記第１入力データと前記第２入力データを加算した値を前記第１出力データとして出力し、
前記第２出力部は、前記第１入力データから前記第２入力データを減算した値に、前記乗算係数を乗算した値を、前記第２出力データとして出力する、
演算装置。
【請求項７】
請求項５に記載の演算装置であって、
前記畳み込み演算は、前記数論変換と、前記数論変換の後に実行され、加算、減算、及び乗算から構成される行列演算と、前記行列演算の後に実行される前記逆数論変換と、から構成され、
前記演算装置が前記行列演算に含まれる前記加算を実行する場合に、前記第１出力部は、前記第１入力データと前記乗算係数を加算した値を前記第１出力データとして出力し、
前記演算装置が前記行列演算に含まれる前記減算を実行する場合に、前記第２出力部は、前記第１入力データから前記乗算係数を減算した値を前記第２出力データとして出力し、
前記演算装置が前記行列演算に含まれる前記乗算を実行する場合に、前記第１出力部は、前記第２入力データと前記乗算係数とを乗算した値を前記第１出力データとして出力する、
演算装置。
【請求項８】
請求項５に記載の演算装置であって、
前記演算装置が前記逆数論変換を実行する場合に、
前記第１出力部は、前記第１入力データと、前記第２入力データに前記乗算係数を乗算した値と、を加算した値である第１値、または、前記第１値にシフト演算を行った値を、前記第１出力データとして出力し、
前記第２出力部は、前記第１入力データから前記第２入力データに前記乗算係数を乗算した値を減算した値である第２値、または、前記第２値にシフト演算を行った値を、前記第２出力データとして出力する、
演算装置。
【請求項９】
請求項１に記載の演算装置であって、
前記演算装置は、車両に搭載される、
演算装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、演算装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、耐量子計算機暗号の演算を高速に実行可能なコプロセッサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０２２／０１７１８８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
耐量子計算機暗号の一つである格子暗号の演算では、数論変換及び逆数論変換を用いた畳み込み演算が実行される。演算装置が畳み込み演算を実行するために、畳み込み演算に含まれる計算を実行する演算ユニットとメモリとの間でデータのやり取りを行う必要がある場合、演算装置の消費電力が大きくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の一形態によれば、演算装置（１００）が提供される。この演算装置は、数論変換及び逆数論変換を用いた畳み込み演算を行う演算装置であって、前記畳み込み演算が行われる前のデータ及び前記畳み込み演算が行われた後のデータを記憶するメモリ（２０）と、２つの入力データのバタフライ演算を行うように構成された演算ユニット（５０）を１つまたは並列に複数備え、２つ以上の前記入力データと同数の出力データを出力する演算部（４０）と、処理部（３０）と、を備え、前記演算部は、前記出力データを前記処理部に出力し、前記処理部は、前記入力データ及び前記出力データを一時的に記憶するバッファ（３１）と、前記メモリに記憶された前記畳み込み演算が行われる前の前記データを予め定められた順番に並び替えたデータ、または、前記出力データを予め定められた順番に並び替えたデータである、並び替えデータを生成し、前記並び替えデータを前記入力データとして繰り返し前記演算部に入力する、並び替え部（３２）と、前記バッファに記憶された複数の前記出力データを含む第１データ及び第２データを選択する選択部（３３）と、前記第１データに含まれる前記出力データ及び前記第２データに含まれる前記出力データを複数の組に分割し、前記第１データに含まれる前記出力データ及び前記第２データに含まれる前記出力データを、前記組毎に前記入力データとして前記演算部に入力する、分割部（３４）と、を備える。
【０００７】
この形態によれば、処理部と演算部の間でデータのやり取りを行うことで畳み込み演算が実行されるため、演算装置が畳み込み演算を実行するために、演算部または処理部と、メモリと、の間でデータのやり取りを行う必要がない。したがって、演算装置の消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
演算装置の概略構成を示す説明図。
第１演算ユニットの構成を説明する図。
演算装置が実行する畳み込み演算処理の工程図。
畳み込み演算処理の流れを説明する図。
数論変換処理の工程図。
８個のデータの数論変換のバタフライ演算を説明する図。
行列Ｆの数論変換処理の工程図。
数論変換処理における各演算ユニットの入力データと出力データを説明する図。
多項式Ｈの数論変換処理の工程図。
行列演算処理の工程図。
第１乗算処理の工程図。
第１乗算処理の乗算における各演算ユニットの入力データと出力データを説明する図。
第１乗算処理の工程図。
第１乗算処理の加算における各演算ユニットの入力データと出力データを説明する図。
第２乗算処理の工程図。
第２乗算処理における各演算ユニットの入力データと出力データを説明する図。
減算処理の工程図。
減算処理における各演算ユニットの入力データと出力データを説明する図。
８個のデータの逆数論変換のバタフライ演算を説明する図。
逆数論変換処理の工程図。
逆数論変換処理における各演算ユニットの入力データと出力データを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
図１に示す演算装置１００は、数論変換及び逆数論変換を用いた畳み込み演算を行うための装置である。演算装置１００は、自動車やオートバイなどの車両に搭載される。演算装置１００が実行する畳み込み演算は、データの暗号化または復号を行う演算の一部を構成する。畳み込み演算は、数論変換と、加算、減算、及び乗算から構成される行列演算と、逆数論変換と、から構成される。行列演算は数論変換の後に実行され、逆数論変換は行列演算の後に実行される。数論変換を、ＮＴＴ（Number Theoretic Transform）とも呼ぶ。逆数論変換を、ＩＮＴＴ（Inverse Number Theoretic Transform）とも呼ぶ。
【００１０】
演算装置１００は、ＣＰＵ１０と、メモリ２０と、処理部３０と、演算部４０と、を備える。メモリ２０には、畳み込み演算が行われる前のデータ、及び、畳み込み演算が行われた後のデータが記憶される。メモリ２０を、記憶部とも呼ぶ。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許