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超並列ストカスティック演算に基づく大規模な人間的視覚処理ハードウェア実現への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 16K12494
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 ソフトコンピューティング
研究機関東北大学

研究代表者

鬼沢 直哉  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (90551557)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
キーワードソフトコンピューティング / 確率的演算 / 情報システム
研究成果の概要

近年,脳機能を模倣した脳型情報処理は,特定のタスクにおいて人間の能力を凌駕するなど,飛躍的に発展している.一方で,人間のようにタスクや環境に応じて処理の内容を変更することは困難であり,予め学習させた特定のタスクしか処理できない問題が存在する.
本研究では汎用的な視覚処理システムの実現を目指して,脳機能と同様に非常に多様な特徴抽出処理を可能にするハードウェアフィルタを実現した.特に,その実現方法として脳の神経細胞の振る舞いに近い確率的演算であるストカスティック演算を活用することで,従来ハードウェアと比較して,同等スループットを保ちつつ最大97%の電力削減に成功した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題で実現した人間的視覚処理ハードウェアは,人間の脳のように幅広いパターン(1000万パターン以上)の特徴を抽出することが出来る.この特徴データを用いることで,将来的には汎用的な脳型処理・人工知能実現に繋がるものと考えられる.というのも,現在実現されている人工知能(一般的にニューラルネットワーク)は,特徴をタスクに応じて絞っているために,処理の汎用性が失われていると考えられる.つまり将来,汎用人工知能実現に向けて,本研究課題で実現したハードウェアは,その初期段階の処理に当たる部分が実現されたものと考えられ,学術的に重要な意義を有する.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 6件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 16件、 招待講演 7件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] McGill大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] McGill大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] McGill University(カナダ)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] An Accuracy/Energy-Flexible Configurable Gabor-Filter Chip Based on Stochastic Computation With Dynamic Voltage?Frequency?Length Scaling2018

    • 著者名/発表者名
      Nagoya Onizawa、Daisaku Katagiri、Kazumichi Matsumiya、Warren J. Gross、Takahiro Hanyu
    • 雑誌名

      IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems

      巻: 8 号: 3 ページ: 444-453

    • DOI

      10.1109/jetcas.2018.2844329

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An area/power-aware 32-channel compressive gammachirp filterbank chip based on hybrid stochastic/binary computation2018

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, S. Koshita, S. Sakamoto, M. Kawamata, and T. Hanyu
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 9 号: 4 ページ: 423-435

    • DOI

      10.1587/nolta.9.423

    • NAID

      130007491514

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of stochastic computing in brainware2018

    • 著者名/発表者名
      Warren Gross、Nagoya Onizawa、Kazumichi Matsumiya、Takahiro Hanyu
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 9 号: 4 ページ: 406-422

    • DOI

      10.1587/nolta.9.406

    • NAID

      130007491885

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Generalized Stochastic Implementation of the Disparity Energy Model for Depth Perception2017

    • 著者名/発表者名
      K. Boga, F. Leduc-Primeaur, N. Onizawa, K. Matsumiya, T. Hanyu, and W. J. Gross
    • 雑誌名

      Journal of Signal Processing Systems (JSPS)

      巻: 印刷中 号: 5 ページ: 709-725

    • DOI

      10.1007/s11265-016-1197-3

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Area/Energy-Efficient Gammatone Filters Based on Stochastic Computation2017

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, S. Koshita, S. Sakamoto, M. Abe, M. Kawamata, and T. Hanyu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems

      巻: 25, 10 号: 10 ページ: 2724-2735

    • DOI

      10.1109/tvlsi.2017.2687404

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] VLSI Implementation of Deep Neural Networks Using Integral Stochastic Computing2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ardakani, F. Leduc-Primeau, N. Onizawa, T. Hanyu, and W. J. Gross
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems

      巻: 25, 10 号: 10 ページ: 2688-2699

    • DOI

      10.1109/tvlsi.2017.2654298

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] High-Accuracy and Area-Efficient Stochastic FIR Digital Filters Based on Hybrid Computation2017

    • 著者名/発表者名
      S. Koshita, N. Onizawa, M. Abe, T. Hanyu, and M. Kawamata
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E100.D 号: 8 ページ: 1592-1602

    • DOI

      10.1587/transinf.2016LOP0011

    • NAID

      130005876139

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ストカスティック演算に基づく省エネルギー脳型LSI設計技術2017

    • 著者名/発表者名
      鬼沢直哉, 松宮一道,羽生貴弘
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 基礎・境界ソサイエティ Fundamentals Review

      巻: 11 号: 1 ページ: 28-39

    • DOI

      10.1587/essfr.11.1_28

    • NAID

      130006903448

    • ISSN
      1882-0875
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sudden Power-Outage Resilient In-Processor Checkpointing for Energy-Harvesting Nonvolatile Processors2017

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, A. Mochizuki, A. Tamakoshi, and T. Hanyu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing (TETC)

      巻: 印刷中 号: 2 ページ: 151-163

    • DOI

      10.1109/tetc.2016.2604083

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Soft/Write-Error Resilient CMOS/MTJ Nonvolatile Flip-Flop Based on Majority-Decision Shared Writing2017

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, and T. Hanyu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analog-to-Stochastic Converter Using Magnetic Tunnel Junction Devices for Vision Chips2016

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, D. Katagiri, W. J. Gross, and T. Hanyu
    • 雑誌名

      IEEE Trans. on Nanotechnology

      巻: 15 号: 5 ページ: 705-714

    • DOI

      10.1109/tnano.2015.2511151

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Standby-Power-Free Integrated Circuits Using MTJ-Based VLSI Computing2016

    • 著者名/発表者名
      T. Hanyu, T. Endoh, D. Suzuki, H. Koike, Y. Ma, N. Onizawa, M. Natsui, S. Ikeda, and H. Ohno
    • 雑誌名

      Proc. of the IEEE

      巻: 104 号: 10 ページ: 1843-1863

    • DOI

      10.1109/jproc.2016.2574939

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Stochastic Computing for Brainware LSI2019

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa
    • 学会等名
      The 2019 Riken International Workshop on Neuromorphic Computing
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-Precision Stochastic State-Space Digital Filters Based on Minimum Roundoff Noise Structure2018

    • 著者名/発表者名
      S. Koshita, N. Onizawa, M. Abe, T. Hanyu, and M. Kawamata
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of Stochastic Invertible Multiplier Designs2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nishino, S. C. Smituhson, N. Onizawa, B. H. Meyer, W. J. Gross, H. Yamagata, H. Fujita, and T. Hanyu
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Electronics, Circuits & Systems (ICECS) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy-Efficient Brainware LSI Based on Stochastic Computation2018

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa
    • 学会等名
      2018 Emerging Technologies CMOS (ETCMOS)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 確率的演算に基づく省エネルギー脳型LSI実現の展望2018

    • 著者名/発表者名
      鬼沢直哉
    • 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] High-Precision Stochastic State-Space Digital Filters Based on Minimum Roundoff Noise Structure2018

    • 著者名/発表者名
      S. Koshita, N. Onizawa, M. Abe, T. Hanyu, and M. Kawamata
    • 学会等名
      ISCAS 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Three-Terminal MTJ-Based Nonvolatile Logic Circuits with Self-Terminated Writing Mechanism for Ultra-Low-Power VLSI Processor2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hanyu, D. Suzuki, N. Onizawa, and M. Natsui
    • 学会等名
      Design, Automation & Test in Europe (DATE)
    • 発表場所
      ローザンヌ(スイス)
    • 年月日
      2017-03-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Energy-Efficient Brainware LSI Based on Stochastic Computation2017

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa
    • 学会等名
      5th IEEE Global Conference on Signal and Information Processing (GlobalSIP)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Stochastic Asymmetric Compensation Filter for Auditory Signal Processing2017

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, S. Koshita, S. Sakamoto, M. Kawamata, and T. Hanyu
    • 学会等名
      5th IEEE Global Conference on Signal and Information Processing (GlobalSIP)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accuracy/Energy-Flexible Stochastic Configurable 2D Gabor Filter with Instant-on Capability2017

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, K. Matsumiya, W. J. Gross, and T. Hanyu
    • 学会等名
      43rd European Solid-State Circuit Conference (ESSCIRC)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Stochastic Cascaded IIR Filters2017

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, S. Koshita, S. Sakamoto, M. Kawamata, and T. Hanyu
    • 学会等名
      47th IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ストカスティック演算に基づく省面積・省エネルギー脳型LSI実現2017

    • 著者名/発表者名
      鬼沢直哉,松宮一道,羽生 貴弘
    • 学会等名
      2017年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ディジタル信号処理におけるストカスティック演算の課題2017

    • 著者名/発表者名
      越田俊介,鬼沢直哉,阿部正英,羽生 貴弘,川又政征
    • 学会等名
      2017年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ストカスティック演算に基づく省エネルギー脳型LSI実現の展望2017

    • 著者名/発表者名
      鬼沢 直哉,松宮一道,羽生 貴弘
    • 学会等名
      第30回回路とシステムのワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A Soft/Write-Error Resilient CMOS/MTJ Nonvolatile Flip-Flop Based on Majority-Decision Shared Writing2016

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, and T. Hanyu
    • 学会等名
      2016 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] VLSI Implementation of Deep Neural Networks Using Integral Stochastic Computing2016

    • 著者名/発表者名
      A. Ardakani, F. Leduc-Primeau, N. Onizawa, T. Hanyu, and W. J. Gross
    • 学会等名
      6th International Symposium on Turbo Codes & Iterative Information Processing
    • 発表場所
      ブレスト(フランス)
    • 年月日
      2016-09-06
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Redundant STT-MTJ-Based Nonvolatile Flip-Flops for Low Write-Error-Rate Operations,2016

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, and T. Hanyu
    • 学会等名
      14th IEEE International New Circuits and Systems Conference (NEWCAS)
    • 発表場所
      バンクーバー(カナダ)
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Realization of FIR Digital Filters Based on Stochastic/Binary Hybrid Computation2016

    • 著者名/発表者名
      S. Koshita, N. Onizawa, M. Abe, T. Hanyu, and M. Kawamata
    • 学会等名
      46th IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL)
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2016-05-18
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Power-Gated Single-Track Asynchronous Circuits Using Three-Terminal MTJ-Based Nonvolatile Devices for Energy Harvesting Systems2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yoneda, N. Onizawa,M. Imai, and T. Hanyu
    • 学会等名
      22nd IEEE International Symposium on Asynchronous Circuits and Systems (ASYNC) Fresh Idea Track
    • 発表場所
      ポルト・アレグレ(ブラジル)
    • 年月日
      2016-05-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stochastic Implementation of Gammatone Filters for Auditory Processing2016

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa
    • 学会等名
      Workshop on Stochastic Computing and Related Topics
    • 発表場所
      ウォータールー(カナダ)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Brain-Inspired Computing Chapter 9 in Book: Stochastic Computing: Techniques and Applications, Editors: V. C. Gaudet and W. J. Gross,2019

    • 著者名/発表者名
      N. Onizawa, W. J. Gross and T. Hanyu
    • 総ページ数
      15
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9783030037291
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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