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Basic Research for Brain/Body Whole Organism Computing

Research Project

Project/Area Number 16K00340
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Soft computing
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Horio Yoshihiko  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60199544)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2016: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Keywords脳型コンピュータ / ブレインモルフィックコンピューティング / ニューラルネットワーク / 自己 / 身体性 / 非ノイマン型コンピュータ / 意識 / 高次元複雑ダイナミクス / ブレインモルフィックシステム / 意識・無意識 / スピントロニクス / リザバー計算 / ブレインモルフィック / アナログ集積回路 / ソフトコンピューティング / 集積回路
Outline of Final Research Achievements

In order to create a novel brain-type AI, which is antithetic to current AI, I proposed a brainmorphic computing paradigm. The brain-specific functions such as consciousness, self, and attention will be emerged in this paradigm through direct use of device and high-dimensional complex network dynamics. In particular, I proposed “reference-self” by considering embodiment. The reference-self should robustly maintain and represent its own state (stability and consistency), but simultaneously, sensitively respond to unknown changes (sensitivity and variety). To realize these contradictive functions, I proposed a chaotic neural network reservoir, and confirmed its functionality through chaotic time-series predictions. In addition, we proposed novel spin orbit-torque neuron and synaptic devices for basic constructing elements of hardware systems.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は、身体性と自己を兼ね備えた新しい脳型コンピュータの実現、特に今後の超高齢化社会あるいはSociety 5.0の実装に不可欠な、使う人に常に寄り添い、その人のことを学習・理解して、その人独自に必要なサービスを、必要な時に、超小型・超低消費電力なデバイスにより提供してくれる、現在のAIとは原理的に全く異なる脳型AI、特に脳型Edge AIの実現に大きく貢献するものである。これと同時に、本研究の構成論的研究成果は、脳に特異的な情報処理様式、特に意識過程や自己の解明などに繋がると考えられる。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (61 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (54 results) (of which Int'l Joint Research: 20 results,  Invited: 20 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Brainmorphic Computing Hardware and Human-centric Edge AI2018

    • Author(s)
      堀尾喜彦
    • Journal Title

      The Brain & Neural Networks

      Volume: 25 Issue: 4 Pages: 140-147

    • DOI

      10.3902/jnns.25.140

    • NAID

      130007590657

    • ISSN
      1340-766X, 1883-0455
    • Year and Date
      2018-12-05
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    • Author(s)
      Yoshihiko Horio, Natsuhiro Ichinose, and Masahiro Ogawa
    • Journal Title

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 218-230

    • DOI

      10.1587/nolta.9.218

    • NAID

      130006602772

    • ISSN
      2185-4106
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  • [Journal Article] Statistical test of quasiperiodicity in the presence of dynamical noise2018

    • Author(s)
      Natsuhiro Ichinose, Yoshihiko Horio, and Masahiro Ogawa
    • Journal Title

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 231-242

    • DOI

      10.1587/nolta.9.231

    • NAID

      130006602771

    • ISSN
      2185-4106
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  • [Journal Article] An Improved Parameter Value Optimization Technique for the Reflectionless Transmission-Line Model of the Cochlea2017

    • Author(s)
      Orima Takemori, Horio Yoshihiko
    • Journal Title

      Journal of Robotics, Networking and Artificial Life

      Volume: 4 Issue: 1 Pages: 49-49

    • DOI

      10.2991/jrnal.2017.4.1.11

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    • Author(s)
      W. A. Borders, H. Akima, S. Fukami, S. Moriya, S. Kurihara, Y. Horio, S. Sato, and H. Ohno
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1-4

    • DOI

      10.7567/apex.10.013007

    • NAID

      210000135729

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      Yoshihiko Horio
    • Organizer
      The 6th RIEC International Symposium on Brainware LSI
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      Yoshihiko Horio
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      堀尾喜彦
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      堀尾喜彦
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      佐藤 拓,堀尾喜彦
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      東北大学 電気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワークショップ合同研究会
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  • [Presentation] カオスニューラルネットワークリザバー2019

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      堀尾喜彦
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      「新規固体デバイス・回路を用いた脳型コンピューティングに関する研究」研究会
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      堀尾喜彦
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  • [Presentation] A brainmorphic computing hardware paradigm through complex nonlinear dynamics2018

    • Author(s)
      Yoshihiko Horio
    • Organizer
      The 5th International Conference on Applications in Nonlinear Dynamics
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  • [Presentation] ブレインモルフィックコンピューティングとエッジAIハードウェア2018

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      堀尾喜彦
    • Organizer
      電子情報通信学会 回路とシステム研究会
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  • [Presentation] ブレインモルフィックシステムとEdge AIハードウェア2018

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      堀尾喜彦
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      TDK講演会「近未来AIの可能性と将来におけるニューロモーフィックの姿」
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  • [Presentation] Towards a brainmorphic computing paradigm and a brain/body whole organism computation system2018

    • Author(s)
      Yoshihiko Horio
    • Organizer
      RISP International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing
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  • [Presentation] Brainmorphic hardware in edge computing era2018

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      Yoshihiko Horio
    • Organizer
      The 5th RIEC International Symposium on Brainware LSI
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  • [Presentation] On brainmorphic computng hardware2018

    • Author(s)
      Yoshihiko Horio
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      RIEC Annual Meeting on Cooperative Research Projects
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  • [Presentation] On a brainmorphic hardware paradigm2018

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      Yoshihiko Horio
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      The 6th RIEC International Symposium on Brain Fucntions and Brain Computer
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  • [Presentation] Echo state network によるカオス時系列予測2018

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      篠崎亜怜,宮野尚哉,堀尾喜彦
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      電子情報通信学会総合大会
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  • [Presentation] Time series prediction through chaotic neural network reservoir2018

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      Theophane Tassy, Yoshihiko Horio
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
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  • [Presentation] Edge AI ハードウェアに向けて2018

    • Author(s)
      堀尾喜彦
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      電子情報通信学会総合大会
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  • [Presentation] スピン軌道トルク磁気メモリデバイスを用いた自己連想記憶2017

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      秋間学尚,Borders William,深見俊輔,守谷 哲,栗原祥太,Kurenkov Alexander,下橋亮太,堀尾喜彦,佐藤茂雄,大野英男
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      名城大学、名古屋市
    • Year and Date
      2017-03-22
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  • [Presentation] カオスタブーサーチハイブリッドハードウェアプロトタイプシステム2017

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      堀尾喜彦,篠崎友樹,新井正樹
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      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      名城大学、名古屋市
    • Year and Date
      2017-03-22
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  • [Presentation] アナログ磁気メモリデバイスを用いた自己連想記憶システムの構築2017

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      栗原祥太,秋間学尚,William A. Borders,深見俊輔,守谷 哲,Aleksandr Kurenkov,下橋亮太,堀尾喜彦,佐藤茂雄,大野英男
    • Organizer
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
    • Place of Presentation
      機械振興会館、東京都
    • Year and Date
      2017-03-13
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      Y. Horio
    • Organizer
      The 5th RIEC International Symposium on BrainFucntions and Brain Computer
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2017-02-27
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  • [Presentation] Towards a brainmorphic whole organism computing system2017

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      Y. Horio
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      The 4th International Symposium on Brainware LSI
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      Sendai, Japan
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      2017-02-24
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  • [Presentation] Towards a brainmorphic hardware system2017

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      Y. Horio
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      The AIMR International Symposium 2017
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      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2017-02-13
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  • [Presentation] Analog spintronics device based artificial neural network2017

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      S. Fukami, H. Ohno, W.A. Borders, H. Akima, S. Moriya, S. Kurihara, Y. Horio, and S. Sato
    • Organizer
      Dagstuhl Seminar
    • Place of Presentation
      Schloss Dagstuhl, Germany
    • Year and Date
      2017-02-05
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  • [Presentation] ダイナミクス/アルゴリズムハイブリッド計算ハードウェアシステムの構成と応用2017

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      堀尾 喜彦
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      東北大学 電気通信研究所・大阪大学 産業科学研究所 共同プロジェクト研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学、大阪府
    • Year and Date
      2017-02-01
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      T. Orima, and Y. Horio
    • Organizer
      International Conference on Artificial Life and Robotics
    • Place of Presentation
      Seagaia Convention Center, Miyazaki, Japan
    • Year and Date
      2017-01-19
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      Yoshihiko Horio
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    • Author(s)
      Takemori Orima, Yoshihiko Horio
    • Organizer
      International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
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    • Author(s)
      Yoshihiko Horio, Takayoshi Fujino
    • Organizer
      International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
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  • [Presentation] An artificial neural network with an analogue spin-orbit torque device2017

    • Author(s)
      W.A. Borders, H. Akima, S. Fukami, S. Moriya, S. Kurihara, A. Kurenkov, Yoshihiko Horio, S. Sato, H. Ohno
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference, INTERMAG Europe 2017
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  • [Presentation] A brainmorphic hardware paradigm2017

    • Author(s)
      Yoshihiko Horio
    • Organizer
      The 1st NTU-Tohoku U Symposium on Interdisciplinary AI and Human Studies
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  • [Presentation] ブレインモルフィックコンピューティングハードウェアについて2017

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      堀尾喜彦
    • Organizer
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  • [Presentation] 脳・身体総合体コンピューティングについて2017

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      堀尾喜彦
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      新規固体デバイス・回路を用いた脳型コンピューティングに関する研究研究会
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  • [Presentation] ブレインモルフィックコンピューティングパラダイムの創成に向けて2017

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      堀尾喜彦
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      電子情報通信学会非線形問題研究会
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      織間健守,堀尾喜彦
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      電子情報通信学会非線形問題研究会
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      堀尾喜彦
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      電子情報通信学会 ソサイティ大会
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  • [Presentation] スイッチト・カレント黄金比A/D変換集積回路の試作2017

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      堀尾喜彦,藤野隆良
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      電気学会 電子・情報・システム部門大会
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  • [Presentation] 脳・身体総合体コンピューティングについて2017

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      堀尾喜彦
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      電子情報通信学会非線形問題研究会
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      織間健守,堀尾喜彦
    • Organizer
      電子情報通信学会NOLTAソサイエティ大会
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      堀尾喜彦
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      堀尾喜彦
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      エレクトロニクス実装学会 インテリジェント実装技術研究会
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      秋間学尚, W.Borders, 深見俊輔, 栗原祥太, A. Kurenkov, 堀尾喜彦, 佐藤茂雄, 大野英男
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      W. Borders, H. Akima, S. Fukami, S. Moriya, S. Kurihara, A. Kurenkov, Y. Horio, S. Sato, H. Ohno
    • Organizer
      15th RIEC International Workshop on Spintronics
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  • [Presentation] An analog spin-orbit torque device for edge artificial intelligence2017

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      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
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      S. Fukami, W. Borders, A. Kurenkov, H. Akima, S. Moriya, S. Kurihara, Y. Horio, S. Sato, H. Ohno
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      SPIE Optics Photonics Spintronics X
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      堀尾喜彦
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      立命館大学理工学部談話会
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      立命館大学、大津市
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      堀尾 喜彦
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      早稲田大学、東京都
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      T. Fujino, and Y. Horio
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      International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
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      Yugawara, Japan
    • Year and Date
      2016-11-27
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  • [Presentation] 脳・身体総合体コンピューティングに向けて2016

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      堀尾 喜彦
    • Organizer
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
    • Place of Presentation
      東北大学、仙台市
    • Year and Date
      2016-11-18
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      堀尾喜彦
    • Organizer
      人工知能学会 合同研究会,第62回分子生物情報研究会
    • Place of Presentation
      慶応義塾大学、横浜市
    • Year and Date
      2016-11-09
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      2016 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 蝸牛に基づく受動的無反射伝送線路モデル特性の特徴量の定式化2016

    • Author(s)
      織間健守,堀尾喜彦
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      北海道大学、札幌市
    • Year and Date
      2016-09-21
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 部分更新カオスタブーサーチハードウェアシステムの要素回路の設計・実装2016

    • Author(s)
      篠崎友樹,堀尾喜彦
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      北海道大学、札幌市
    • Year and Date
      2016-09-21
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] カオスタブーサーチシステムに用いるスイッチト・カレントカオスニューロン集積回路の測定2016

    • Author(s)
      新井正樹,堀尾喜彦
    • Organizer
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • Place of Presentation
      神戸大学、神戸市
    • Year and Date
      2016-09-01
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Remarks] 東北大学電気通信研究所 ソフトコンピューティング集積システム研究室

    • URL

      http://www.scis.riec.tohoku.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Remarks] ソフトコンピューティング集積システム研究室ホームページ

    • URL

      http://www.scis.riec.tohoku.ac.jp/

    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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