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誤動作する確率のある次世代素子を積極的に活用するハードウェア設計理論

研究課題

研究課題/領域番号 15H02679
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 計算機システム
研究機関立命館大学

研究代表者

山下 茂  立命館大学, 情報理工学部, 教授 (30362833)

研究分担者 原 祐子  東京工業大学, 工学院, 准教授 (20640999)
冨山 宏之  立命館大学, 理工学部, 教授 (80362292)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2019年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2015年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードApproximate Computing / Stochastic Computing / 設計理論 / 確率的な回路 / Probabilistic Circuit / 高位合成 / 高信頼設計 / LSI設計 / 信頼性の低い素子 / 確率的な動作をする回路
研究成果の概要

信頼性が低い素子を利用して設計する回路は、ある入力に対して間違った出力を行うが、そのエラーが許容できる場合は利用できる。そこで、Approximate Computingの考え方を用いて、どのような場合にエラーが許容できるかについての多くの研究成果を得た。例えば、手書き文字認識CNNに近似乗算器を適用する場合に、その画像識別率、乗算器の回路面積、遅延時間のトレードオフからより良い近似乗算器の設計探索を行う手法を提案した。また、エラーを許容するStochastic Computingに関して、ハードウェア量を減らしながら計算エラーもできるだけ減らすことができる設計手法を考案した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

信頼性は低いが超小型・超低消費電力などの特性を持つ次世代の素子が将来的に利用できるようになった時には、それを十分に使いこなす設計技術が必要である。具体的には、ばらつきがある素子を利用するために、誤動作する可能性がある回路をそのエラーを許容しながらどのように利用するかという設計指針が必要となる。そのために、本研究により得られたApproximate ComputingやStochastic Computingの分野における様々な設計指針が有用となると期待できる。

報告書

(6件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (49件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 3件、 査読あり 19件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 13件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] University of Toronto(カナダ)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] National Tsing Hua University(台湾)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Efficient Methods to Generate Constant SNs with Considering Trade-Off between Error and Overhead and Its Evaluation2020

    • 著者名/発表者名
      Yudai Sakamoto, Shigeru Yamashita,
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E103.D 号: 2 ページ: 321-328

    • DOI

      10.1587/transinf.2018EDP7435

    • NAID

      130007793565

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 年月日
      2020-02-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Digital Bio-Inspired Satisfiability Solver Leveraging Fluctuations2020

    • 著者名/発表者名
      Yuko Hara-Azumi, Naoki Takeuchi, Kazuaki Hara, Masashi Aono
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: vol. 59, no. 4 号: 4 ページ: 1-10

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab7ade

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Threshold Function Identification by Redundancy Removal and Comprehensive Weight Assignments2019

    • 著者名/発表者名
      Chin-Heng Liu, Chia-Chun Lin, Yung-Chih Chen, Chia-Cheng Wu, Chun-Yao Wang, Sigeru Yamashita
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems

      巻: vol. 38, no. 12 号: 12 ページ: 2284-2297

    • DOI

      10.1109/tcad.2018.2878181

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Scheduling of Malleable Tasks with DMA-based Communication2019

    • 著者名/発表者名
      Kana Shimada, Takuma Hikida, Hiroki Nishikawa, Ittetsu Taniguchi, Hiroyuki Tomiyama
    • 雑誌名

      International SoC Design Conference

      巻: ISOCC2019 ページ: 48-49

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Function-Level Module Sharing in High-Level Synthesis2019

    • 著者名/発表者名
      Ryohei Nozaki, Hiroki Nishikawa, Ittetsu Taniguchi, Hiroyuki Tomiyama
    • 雑誌名

      International SoC Design Conference

      巻: ISOCC2019 ページ: 50-51

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Maximum Error-Aware Design of Approximate Array Multipliers2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Shirane, Takahiro Yamamoto, Ittetsu Taniguchi, Yuko Hara-Azumi, Shigeru Yamashita, Hiroyuki Tomiyama
    • 雑誌名

      International SoC Design Conference

      巻: ISOCC2019 ページ: 73-74

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Case Study on Design of Approximate Multipliers for MNIST CNN2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Shirane, Takahiro Yamamoto, Hiroyuki Tomiyama
    • 雑誌名

      Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information Technologies

      巻: SASIMI19 ページ: 251-255

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A New Approach to Express Stochastic Numbers2019

    • 著者名/発表者名
      Yukino Watanabe, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information Technologies

      巻: SASIMI19 ページ: 95-98

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Layout Design Method of QCA without Fixing Data Flow2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Morita, Wakaki Hattori, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information Technologies

      巻: SASIMI19 ページ: 256-261

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Reducing the Bit Length of LFSRs for SC2019

    • 著者名/発表者名
      Yudai Sakamoto, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information Technologies

      巻: SASIMI19 ページ: 280-285

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On Optimization Methods for Decision Diagrams to Represent Probabilities2018

    • 著者名/発表者名
      Kodai Abe, Kentaro Haneda, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      Proc. Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information Technologies

      巻: SASIMI2018 ページ: 106-111

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stochastic Number Generation with the Minimum Inputs2017

    • 著者名/発表者名
      Ritsuko Muguruma, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E100.A 号: 8 ページ: 1661-1671

    • DOI

      10.1587/transfun.E100.A.1661

    • NAID

      130005875851

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Systematic Methodology for Design and Worst-Case Error Analysis of Approximate Array Multipliers2017

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamamoto, Ittetsu Taniguchi, Hiroyuki Tomiyama, Shigeru Yamashita, Yuko Hara-Azumi
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E100.A 号: 7 ページ: 1496-1499

    • DOI

      10.1587/transfun.E100.A.1496

    • NAID

      130007311789

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Systematic Methodology for Design and Analysis of Approximate Array Multipliers2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamamoto, Ittetsu Taniguchi, Hiroyuki Tomiyama, Shigeru Yamashita, Yuko Hara-Azumi
    • 雑誌名

      Asia Pacific Conference on Circuits and Systems

      巻: 2016 ページ: 352-354

    • DOI

      10.1109/apccas.2016.7803973

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Decision Diagram to Analyze Probabilistic Behavior of Circuits2016

    • 著者名/発表者名
      Kodai Abe, Shigeru Yamshita
    • 雑誌名

      Proc. Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information Technologies

      巻: SASIMI 2016

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Area/Latency Optimized Early Output Asynchronous Full Adders and RelativeTimed Ripple Carry Adders2016

    • 著者名/発表者名
      P. Balasubramanian, S. Yamashita,
    • 雑誌名

      SpringerPlus

      巻: 5(1) 号: 1 ページ: 1-26

    • DOI

      10.1186/s40064-016-2074-z

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of LFSR Seeding, Scrambling and Feedback Polynomial on Stochastic Computing Accuracyffect of LFSR Seeding, Scrambling and Feedback Polynomial on Stochastic Computing Accuracy2016

    • 著者名/発表者名
      Jason H. Anderson, Yuko Hara-Azumi, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      Design, Automation & Test in Europe (DATE)

      巻: 2016 ページ: 1550-1555

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stochastic Number Generation with Few Inputs2016

    • 著者名/発表者名
      Ritsuko Muguruma and Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      29th International Conference on VLSI Design

      巻: 2016 ページ: 128-133

    • DOI

      10.1109/vlsid.2016.83

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Optimal Pin-Count Design With Logic Optimization for Digital Microfluidic Biochips2015

    • 著者名/発表者名
      Trung Anh Dinh, Shigeru Yamashita and Tsung-Yi Ho
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems

      巻: 34 号: 4 ページ: 629-641

    • DOI

      10.1109/tcad.2015.2394502

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 手書き文字認識CNNに対する近似乗算器の設計探索2019

    • 著者名/発表者名
      白根健太, 山元貴普, 冨山宏之
    • 学会等名
      情報処理学会SLDM/EMB/電子情報通信学会VLD/DC研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Reducing the Overhead of Stochastic Number Generators Without Increasing Error2019

    • 著者名/発表者名
      Yudai Sakamoto, Shigeru Yamashita
    • 学会等名
      32nd International Conference on VLSI Design and 18th International Conference on Embedded Systems (VLSID 2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 近似乗算器の手書き文字認識CNNへの適用事例2019

    • 著者名/発表者名
      白根健太, 山元貴普, 谷口一徹, 冨山宏之
    • 学会等名
      電子情報通信学会VLD研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 演算誤差と回路面積のトレードオフを考慮したStochastic Numberの生成手法2018

    • 著者名/発表者名
      坂本雄大, 山下茂
    • 学会等名
      デザインガイア2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Approximate Computingを利用した配列型乗算器の遅延故障への対処法2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊結希乃, 山下茂
    • 学会等名
      2018年度情報処理学会関西支部支部大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] SCの定数生成におけるエラー率を考慮した面積コスト削減手法2018

    • 著者名/発表者名
      坂本雄大, 山下茂
    • 学会等名
      2018年度情報処理学会関西支部支部大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A Systematic Approach to Design of Approximate Array Multipliers2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamamoto, Kenta Shirane, Ittetsu Taniguchi, Hiroyuki Tomiyama, Shigeru Yamashita, Yuko Hara-Azumi
    • 学会等名
      2018 Taiwan and Japan Conference on Circuits and Systems (TJCAS'18)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 近似データ再利用に基づく組込みシステムのアクセラレータ設計2018

    • 著者名/発表者名
      原祐子
    • 学会等名
      2018年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Stochastic Computingにおける相関の許容によるSNGの削減2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉 朗弘,山下 茂
    • 学会等名
      ETNET2017
    • 発表場所
      具志川農村環境改善センター(沖縄県・久米島町)
    • 年月日
      2017-03-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Stochastic Computingにおけるマルチプレクサの制御入力として複雑な式を用いる回路設計2017

    • 著者名/発表者名
      壷阪 幸輝,山下 茂
    • 学会等名
      ETNET2017
    • 発表場所
      具志川農村環境改善センター(沖縄県・久米島町)
    • 年月日
      2017-03-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 試料生成における汚染問題を考慮したDMFB合成手法2017

    • 著者名/発表者名
      北川 大樹,山下 茂
    • 学会等名
      ETNET2017
    • 発表場所
      具志川農村環境改善センター(沖縄県・久米島町)
    • 年月日
      2017-03-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Systematic Design of Approximate Array Multipliers with Different Accuracy2017

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamamoto, Hiroyuki Tomiyama, Ittetsu Taniguchi, Shigeru Yamashita, Yuko Hara-Azumi
    • 学会等名
      International Workshop on Highly Efficient Neural Networks Design
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient Data Clustering by Architectural Perforation2017

    • 著者名/発表者名
      Fransiscus Marcel Satria and Yuko Hara-Azumi
    • 学会等名
      Multidisciplinary International Student Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploration of Hardware-Implementation-Aware Amoeba-SAT Solver2017

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Hoang Ngoc Anh and Yuko Hara-Azumi
    • 学会等名
      Multidisciplinary International Student Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Scalable FPGA Implementation of Amoeba-SAT Solver2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuaki Hara and Yuko Hara-Azumi
    • 学会等名
      Multidisciplinary International Student Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Architectural Approach on Approximate Computing for Media Processing2016

    • 著者名/発表者名
      Yuko Hara-Azumi, Hisashi Osawa, and Tanvir Ahmed
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA)
    • 発表場所
      ニューウェルシティ湯河原(静岡県・熱海市)
    • 年月日
      2016-11-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Approximate Computingに基づいたデータ再利用型組込みプロセッサ2016

    • 著者名/発表者名
      大澤 永始,Tanvir Ahmed,原 祐子
    • 学会等名
      LSIとシステムのワークショップ
    • 発表場所
      東京大学 生産技術研究所 (東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-05-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 配列型近似乗算器の設計と解析2016

    • 著者名/発表者名
      山元貴普, 谷口一徹, 冨山宏之, 山下茂, 原祐子
    • 学会等名
      回路とシステムワークショップ
    • 発表場所
      北九州国際会議場(福岡県・北九州市)
    • 年月日
      2016-05-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
  • [学会発表] Fast and Simple Netlist-level Fault-Injection Framework on FPGA2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Zenba, Tanvir Ahmed,Yuko Hara-Azumi
    • 学会等名
      IEEE Symposium on Low-Power and High-Speed Chips, COOL Chips XIX
    • 発表場所
      横浜情報文化センター(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-04-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Partially-Programmable Circuit を 用いた遅延故障の回避手法2016

    • 著者名/発表者名
      春日井 貴通,山下 茂,原 祐子
    • 学会等名
      ETNET2016
    • 発表場所
      福江文化会館(長崎県・五島市)
    • 年月日
      2016-03-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] RQFPゲートを用いた超低消費電力AQFP論理回路の設計手法2016

    • 著者名/発表者名
      松本 涼平,山下 茂,竹内 尚輝
    • 学会等名
      ETNET2016
    • 発表場所
      福江文化会館(長崎県・五島市)
    • 年月日
      2016-03-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Approximate Computing を用いた乗算器の実装および検証2016

    • 著者名/発表者名
      後藤 敏宏,山下 茂
    • 学会等名
      ETNET2016
    • 発表場所
      福江文化会館(長崎県・五島市)
    • 年月日
      2016-03-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Pin-Count Reduction Techniques for Logic Integrated Digital Microfluidic Biochips2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Yamashita
    • 学会等名
      29th International Conference on VLSI Design
    • 発表場所
      Kolkata (India)
    • 年月日
      2016-01-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Stochastic Computingに用いる定数を近似する回路の合成手法2015

    • 著者名/発表者名
      壷阪 幸輝、山下 茂
    • 学会等名
      2015 年度情報処理学会関西支部 支部大会
    • 発表場所
      大阪大学中之島センター(大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2015-09-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Instruction-Set Extension of Embedded Microprocessor for Timing Speculation2015

    • 著者名/発表者名
      Yuko Hara-Azumi, Tanvir Ahmed, Takuya Azumi, Nikil D. Dutt
    • 学会等名
      International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification (ICDV)
    • 発表場所
      Ho Chi Minh City (Vietnam)
    • 年月日
      2015-08-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Timing Speculation-Aware Instruction Set Extension for Resource-Constrained Embedded Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Tanvir Ahmed, Yuko Hara-Azumi
    • 学会等名
      Application-specific Systems, Architectures and Processors (ASAP)
    • 発表場所
      Toronto (Canada)
    • 年月日
      2015-07-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Revisiting Function Inlining in FPGA High-Level Synthesi2015

    • 著者名/発表者名
      Yohei Onishi, Ittetsu Taniguchi, Hiroyuki Tomiyama
    • 学会等名
      International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC)
    • 発表場所
      Seoul (Korea)
    • 年月日
      2015-06-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Partially-Programmable Circuit: New Flexible Method for Fault-Tolerance Improvement and Its Application2015

    • 著者名/発表者名
      Yuko Hara-Azumi
    • 学会等名
      Electronic System Level Synthesis Conference (ESLsyn)
    • 発表場所
      San Fransisco (USA)
    • 年月日
      2015-06-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-11-04  

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