3次元細胞シミュレーション専用機の開発

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K12528
• Research Institution: Niigata University of International and Information Studies
• Principal Investigator: 近山 英輔 新潟国際情報大学, 情報文化学部, 教授 (00525602)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 細胞シミュレーション / FPGA / 専用機

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、生物学研究者等の数値シミュレーションの非専門家にも占有利用可能で、かつ、実験的な時系列計測データの解析に対応した3次元細胞シミュレーション専用機を開発することを目的としている。今回開発する専用機の最小ユニットは、10×15 cm の1個の両面プリント基板上に9個のFPGAノードと関連電子部品を実装し、2 次元的に東南西北のFPGAをインターコネクトするものであり、FPGAとしては、両面基板で実装可能なXilinx社のSpartan 6を用いる。試作基板については、FPGA、コンフィギュレーション用IC、USB用IC、JTAG用配線、各種電源用レギュレーターなどの部品を含む回路設計と基板パターン設計を、回路・パターン設計ソフトウェアを用いて行った。また、Xilinx ISE Design Suiteを用いてVHDL言語により、3次元格子シミュレーションへ向けた試作論理回路を記述し、Spartan 6上で試験的に稼働させた。Spartan 6を複数個コネクトしてゆくための電気特性検査のために、0.5 mmピッチのQFPパターンへSpartan 6を実装する簡易位置決め装置を組み立て、それを用いて実装することができた。最終的には、プリント基板製造会社にコンパクトなユニット基板を発注する形式を取ることにする予定である。FPGA基板の電気特性検査の効率化のために、導電性インクプリンタを購入予定である。全体的に、昨年度の遅れを引き継いだ形で次年度使用額に繰り越す結果になった。3次元細胞シミュレーションの基礎方程式である連続体方程式に粘弾性の効果をどの精度まで取り入れるかの検討も開始した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度の遅れを引きずっていること、FPGA基板の電気特性検査に時間がかかっていることなどによる。0.5 mmピッチのQFPパターンへSpartan 6を実装する簡易位置決め装置の制作など、余分な作業も生じている。

Strategy for Future Research Activity

電気特性検査の効率化のために購入予定の導電性インクプリンタの調整を行い、最終的な3 次元的に162 個のFPGA を接続し、配列させた、18 個の1基板9ノード機を相互接続した18基板機を開発する。FPGAに転送する3次元細胞シミュレーションのVHDLコードの回路設計を適宜行い、顕微鏡画像などの実データをフィットする方法の検討を行い、VHDLコードを完成させる。3次元細胞シミュレーション専用機上で稼働させる。

Causes of Carryover

基板開発の進捗の遅延のため、集積回路や電子部品などの購入が遅れている。集積回路や電子部品、効率化のための導電性インクプリンタの購入を行う。