環境適応型のハードウェアとソフトウェアの構成手法に関する研究

• 研究課題/領域番号: 11480068
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計算機科学
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 渡邉 勝正 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 教授 (60026078)
• 研究分担者: 堀山 貴史 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助手 (60314530) ; 高木 一義 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 講師 (70273844) ; 木村 晋二 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助教授 (20183303) ; 中西 正樹 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助手 (40324967)
• 研究期間 (年度): 1999 – 2001
• 研究課題ステータス: 完了 (2001年度)
• 配分額: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円); 2001年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2000年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: 環境適応 / 再構成可能性 / 動的変更機構 / 高位合成 / タイミング検証 / アクティブソフトウェア / OBDD / 量子アルゴリズム / 環境適用 / 能動形プログラム / 知識ベース / 論理合成 / ハードウェアのタイミング検証 / 量子計算

研究概要

本研究は,環境に適応したハードウェアとソフトウェアの構成手法をテーマとしている.すなわち,対象とする情報システムの設計と構成をハードウェアとソフトウェアの両面から捉えて,環境に適応して自律的に構成を変化できるシステムの構築法を研究の目的としている.
3年間を通じて,次のような側面から,具体的な提案と設計,および,実装を行なった.
(1)環境に適応可能なシステムの構成法について,アクティブソフトウェアの記述と構成,対話型プログラミング環境でのオブジェクトの自発的機能やその拡張性について提案を行ない,具体例の実装を進め,構成法の有効性を示した.(2)環境に適応可能なハードウェアの実現手法として,再構成可能な機構を持つLSIの構成例として,動的に命令列を変更できるJavaプロセッサの構成法の研究,および,視線推定のLSIと不特定対象者の対顔判定LSIの設計を行った.これらは,ハードウェア向きアルゴリズムを確立して,実時間処理による適応可能性を示した.(3)ハードウェアの合成と検証については,二分決定グラフ(BDD)の制約演算に基づく新しい像計算法について研究を進め,アルゴリズムの高速性と大規模な回路への適応可能性を示した.(4)外界の情報を取捨選択し、環境適応に必要な知識を獲得する問題について、順序付き二分決定グラフ(OBDD)を利用する手法を提案し、従来手法で用いられる特徴モデルや論理式とOBDDとを相互に変換するアルゴリズムを設計した。(5)量子計算は,その特徴である量子並列性により,環境の動的特性を一度に把握して,処理できる.新しい量子計算モデルとして,非決定性量子有限オートマトンを取り上げて,その計算能力を,従来の計算モデルの能力と比較する研究等を行なった.
3年間の研究の結果,新しい情報システムの設計と開発にあたり,ハードウェアとソフトウェアを統合して,環境の変化に適応する能力をもつシステムの構成機構を明らかにした.これらの研究成果の詳細は,研究報告書としてまとめている.

研究成果

• [文献書誌] 渡邉勝正, 小林郁典, 木村晋二, 堀山貴史, 中西正樹: "アクティブソフトウェアの構成と表現について"日本ソフトウェア科学会第18回大会論文集. (CD=ROM). 4D-2 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] O.Ogawa, K.Takagi, Y.Ito, S.Kimura, K.Watanabe: "Hardware Synthesis from C Programs with Estimation of Bit Length of Variables"IEICE Transaction on Fundamentals. E82-A. 2338-2346 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Kimura, D.Dill, S.G.Govindaraju: "A New Symbolic Image Computation Algorithm Based on BDD Constrain Operator"Proc.Of the 1O-th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Technologies(SASIMI 2001). 167-171 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Nakamura, M.Nakanishi, THoiiyama, M.Suzuki, S.Kimura, K.Watanabe: "A Real-Time User-Independent Eye Tracking LSI with Environment Adaptability"Proc.Of the 1O-th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Technologies(SASIMI 2001). 357-361 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Horiyama, T.Ibaraki: "Ordered Binaiy Decision Diagrams as Knowledge-Bases"Artificial Intelligence. 136/2. 189-213 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Nakanishi, T.Indoh, K.Hamaguchi, T.Kashiwabara: "On the Power of Non-deterministic Quantum Finite Automata"IEICE Transaction on Information and Systems. E85-D. 327-332 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K. Watanabe, I. Kobayashi, S. Kimura, T. Horiyama and M. Nakanishi: "Design and Representation of Active Software (in Japanese)"Proc. of Japan Society for Software Science and Technology. 4D-2 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] O. Ogawa, K. Takagi, Y. Itoh, S. Kimura and K. Watanabe: "Hardware Synthesis from C Programs with Estimation of Bit Lengh of Variables"IEICE Transaction on Fundamentals. Vol.E82-A. 2338-2346 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Kimura, D. Dill and S.G. GOvindaraju: "A New Symbolic Image Computation Algorithm Based on BDD Constrain Operator"Proc. of the 10th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Technologies (SASIMI 2001). 167-171 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K. Nakamura, M. Nakanishi, T. Horiyama, M. Suzuki, S. Kimura and K. Watanabe: "A Real-Time Usesr-Independent Eye Tracking LSI with Environment Adaptability"Proc. of the 10th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Technologies (SASIMI 2001). 357-361 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Horiyama and T. Ibaraki: "Ordered Binary Decision Diagrams as Knowledge-Bases"Artificial Intelligence. Vol.136/2. 189-213 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M. Nakanishi, T. Indoh, K. Hamaguchi and T. Kashiwabara: "On the Power of Non-deterministic Quantum Finite Automata"IEICE Transactions on Information and Systems. E85-D. 327-332 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 渡邉 勝正, 小林 郁典, 木村 晋二, 堀山 貴史, 中西 正樹: "アクティブソフトウェアの構成と表現について"日本ソフトウェア科学会第18会大会論文集. 4D-2D (2001)
• [文献書誌] 小林 郁典, 渡邉 勝正: "対話型プログラミング環境でのオブジェクトの一拡張法"オブジェクト指向最前線2001,近代科学社. 2001. 65-68 (2001)
• [文献書誌] S.Kimura, D.Dill, G.Govindaraju: "A New Symbolic Image Computation Algorithm Based on BDD Constrain Operator"Proc. Of the 10-th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Technologies (SASIMI 2001). 167-171 (2001)
• [文献書誌] K.Nakamura, M.Nakanishi, T.Horiyama, S.Suzuki, S.Kimura, K.Watanabe: "A Real-Time User-Independent Eye Tracking LSI with Environment Adaptability"Proc. Of the 10-th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Technologies (SASIMI 2001). 357-361 (2001)
• [文献書誌] T.Horiyama, T.Ibaraki: "Ordered Binary Decision Diagrams as Knowledge-Bases"Artificial Intelligence. 136/2. 189-213 (2002)
• [文献書誌] M.Nakanishi, T.Indoh, K.Hamaguchi, T.Kashiwabara: "On the Power of Non-deterministic Quantum Finite Automata"IEICE Transaction on Information and Systems. E85-D. 327-332 (2002)
• [文献書誌] Qiang Zhu,Yusuke Matsunaga,Shinji Kimura and Katsumasa Watanabe: "Robust Heuristics for Multi-Level Logic Simplification Considering Local Circuit Structure"IEICE Transactions on Fundamentals. Vol.E83-A,No.12. 2520-2527 (2000)
• [文献書誌] Kazuhiro Nakamura,Shinji Maruoka,Shinji Kimura and Katsumasa Watanabe: "Multi-Cycle Path Detection Based on Propositional Satisfiability with CNF Simplification Using Adaptive Variable Insertion"IEICE Transactions on Fundamentals. Vol.E83-A,No.12. 2600-2607 (2000)
• [文献書誌] Takashi Horiyama and Toshihide Ibaraki: "Reasoning with Ordered Binary Decision Diagrams"Proceedings of the 11th Annual International Symposium on Algorithms and Computation, Lecture Notes in Computer Science 1969. 120-131 (2000)
• [文献書誌] Masaki Nakanishi,Kiyoharu Hamaguchi and Toshinobu Kashiwabara: "Ordered Quantum Branching Programs Are More Powerful than Orderd Probabilistic Branching Programs under a Bounded-Width Restriction"Proceedings of 6th Annual International Computing and Combinatorics Conference,LNCS 1858. 467-476 (2000)
• [文献書誌] 渡邉勝正,相良かおる,山下隆義,木村晋二: "不安全な記述からの推測による手指動作の3次元アニーメション表示"電子情報通信学会,第3回手話情報学研究会. 25-32 (2001)
• [文献書誌] 鬼頭秀明,高木一義,木村晋二,高木直史: "再構成可能部を持つJavaプロセッサにおけるハードウェアJIT機構の検討"電子情報通信学会コンピュータシステム研究会. CPSY2000-65. (2000)
• [文献書誌] 渡邉勝正、朱強、相良かおる、木村晋: "能動型プログラミングとスレッドによる実現"日本ソフトウエア科学会第16回大会論文集. E5-1. 193-196 (1999)
• [文献書誌] T.Horiyama and T.Ibaraki: "Ordered Binary Decision Diahrams as Knowledge-Bases"Lecture Notes in Computer Science (LNCS). 174. 83-92 (1999)
• [文献書誌] S.Kimura,H.Kida,K.Takagi 他: "An Apptication Specific Java Processor with Recnfigurahilities"Proc.Of Asia and South Pacific Design Automoaion Conference. 25-26 (2000)
• [文献書誌] O.Ogawa,K,,Y.Itoh,S.Kimura K.Watanabe: "Hardware Synthesis form C Programs with Estimation"IEICE Trars.Fundamentals. E82-A, 11. 2338-2346 (1999)
• [文献書誌] Q.Zhu,Y.Matsunaga,J.Kimura,K.Watanabe: "Multi-level Logic Simplification using Satisfiavility Don't Cares"Proc.6th Conf.On Asia Pacific chip Design Language. 127-131 (1999)
• [文献書誌] K.Nakamura,S.Marura,S.Kimura,K.Watanabe: "Multi-Clock Path Aralysis Using Propositional Satistiavility"Multi-Clock Path Aralysis Using Propositional Satistiavility. 81-86 (2000)