コンピューティング・アーキテクチャ研究室

教員

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  教授：中島 康彦

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  客員教授：木村 睦

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  客員教授：張　任遠

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  助教：KAN Yirong

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  助教：PHAM Hoai Luan

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  助教：LE Vu Trung Duong

研究を始めるのに必要な知識・能力

世の中に存在する様々なコンピュータシステムの構成に関する好奇心。
計算基盤がブラックボックスで良いとは考えない探究心。
アルゴリズムを考えプログラムに表現できる実装力。

研究室の指導方針

まず、研究対象とするアプリケーションを選択し、次に、挑戦したい計算基盤をおおまかに選択します。その後は、文献調査に進み、既存プログラム、既存シミュレータ、様々な性能評価ツール、あるいは、デジタル回路設計ツール、アナログ回路設計ツール等を駆使して問題点を明らかにし、教員の助言を受けながら課題を設定し、解決していきます。自ら開発したプログラム、アーキテクチャ・シミュレータ、あるいは回路を定量的に評価し、対外発表を行って、最終的に論文にまとめます。

この研究で身につく能力

すでに、多くの種類の非ノイマン型コンピュータが発表されています。これらを使いこなすには、従来型コンピュータ向けの汎用プログラミング言語の知識だけでは全く不十分で、計算基盤はブラックボックスで良いと考える研究者・技術者は、徐々に取り残されていきます。入手可能なハードウェアシステムと動かしたいアプリケーションを直結させる能力、機能が不足する場合にハードウェアシステムに対して具体的な提案ができる能力、さらには、ハードウェアに合わせて柔軟にアルゴリズムを調整できる能力が身につきます。

半導体の性能向上が行き詰った今、新しいアルゴリズムやソフトウェアを実装できるコンピュータシステムは２択です。何年たっても同じ性能の従来型コンピュータに安住するか、アルゴリズムを直接写像する非ノイマン型コンピュータに踏み出すか、選択肢はここにあります。コンピューティング・アーキテクチャ研究室では、主に小型高性能計算基盤に焦点を当て、５つの研究グループが活動しています。

高性能デジタルアーキテクチャグループ

図1：各種非ノイマン型計算基盤

Googleなどアプリケーション層の企業が自前のアクセラレータを開発する時代が到来しています。しかし、ノイマン型コンピュータと全く異なるシステムは当初は使い難いため普及に時間がかかります。そこで非ノイマン型の中でも比較的移行しやすいシストリックリング型アクセラレータ（IMAX）の研究を進めています。GPGPUを凌駕し、LSIを単純に接続するだけでスケーラブルに性能向上できるエッジコンピューティング基盤を開発し、様々なアプリケーションプログラムを走行させています。

CMOSアナログ・アプロキシメイトアクセラレータグループ

図2：アナログ型ニューロモーフィックとストカスティック計算基盤

従来のアナログコンピュータはオペアンプによる固定関数機能のみ利用可能でした。本グループでは、任意の多入力関数を実現可能な確率的コンピューティング機構の実現を目指しています。スパイクベース計算により、デジタル回路よりも格段に高速かつ小型の回路構成とすることができます。

ニューロモーフィック・コンピューティンググループ

図3：ニューロモーフィックチップ

神経細胞の構造を模倣したニューロモーフィックLSIの開発が盛んになっています。本グループでは、ホップフィールドネットワーク＋クロスポイントシナプス構造、および、セルラニューラルネットワーク＋積層シナプス構造の２種類のLSIを研究開発しています。既に文字認識可能なレベルに達しています。最終的には、3D積層による超大規模化と脳型システムの構築が目標です。