2019 Fiscal Year Research-status Report
FPGAを用いたディジタルホログラフィ専用計算システムの開発
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18K11328
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
増田 信之 東京理科大学, 基礎工学部電子応用工学科, 教授 (60323333)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ハイパフォーマンスコンピューティング / 専用計算機 / FPGA / ディジタルホログラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，様々な分野でディジタルホログラフィを使用した三次元計測が行われている．特に生体内の物質を輸送する血液の動きと赤血球などの形状を計測することは，生体内の物質の輸送機構を解明するために非常に重要なことである．また，近年になって三次元高速度イメージングにおいても，ディジタルホログラフィを応用した計測が行われてきている．しかしながら，これらの計測において，撮影されたホログラムから三次元空間を再生するためには，膨大な計算時間を必要とする．本研究では，ディジタルホログラフィを応用した三次元計測を支援するFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いた専用計算機システムを構築し，それを様々な三次元計測に応用し，上記のような問題を解明することを最終的な目標としている．また，三次元計測と高速イメージングでは，再生に利用する計算式が一部違い，専用計算回路が異なる．FPGAでは回路の再構成は出来るが，ある程度の時間が必要となる．この時間を短縮するために，計算機システムを再起動する必要ない使い勝手のよいシステムを構築する．
本研究での，三次元空間再生用専用計算機システムが開発されれば，三次元流体速度場可視化技術，流体内の物質の移動や物体の形状を解析するためのアルゴリズム等の技術，三次元イメージングを応用した計測技術が今まで以上に向上すると考えられる．このような三次元空間再生システムの応用としては，様々な分
野で必要とされている．
また，FPGAを用いた高速計算システムが構築できれば，他のアクセラレータボードのような利用が可能となり，三次元計測システム以外の分野へ応用にも期待できる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度の結果を元に，専用計算機用新ボードへの計算回路の実装準備を行った．ここでは，1枚の専用計算機ボードに複数個の計算回路を搭載し，並列して高速計算を行う設計になっている．現段階では設計は終了し，計算機上でのシミュレーションでは良好な結果を得ている．計算速度に関しては予測値とほぼ同等の速度が出ており，計算結果の精度に関しても，市販のPCなどの結果と同じ計算精度を得ていることが示された．また，新規に購入したFPGA評価ボードについては，PCへの接続テストも終了し，通信テストなどの簡単な回路の実装に成功している．データの通信速度も予定通りのパフォーマンスを得ている．平成30年度の研究結果については，現在論文雑誌に投稿中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，専用計算機システムの性能評価を行う．また，実験系の研究者の方々と共同して，実際の実験において有効な結果が得られるように研究を進めていく予定である．同時に，FPGAの部分再構成を用いた複数の専用計算回路の切り替えをスムーズに行うシステムの開発を行う．また，C言語などで作成された数値計算コードをFPGAの回路情報に変換し，一般的な数値計算用のアクセラレータのような利用のできるシステムの構築の準備を行う．
各年度で研究の状況を公開するために，学会，国際会議，研究会などで積極的に発表を行っていく予定である．さらにある程度の研究成果が出たところで論文として投稿する予定である．また，大学主催のオープンキャンパスなどで，一般の方々にもわかりやすく紹介し，この技術がいかに社会に貢献出来るかを発信したいと考えている．
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| Causes of Carryover |
理由 購入予定物品が計画時より購入価格が安くなったため使用金額が低くなり，繰越金が生じた．
使用計画 計算速度を比較するための計算機用のソフトウェアのバージョンアップが必要になるため，その追加支出に使用する．そのため，物品費に計上する．
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