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アルゴリズムと計算機アーキテクチャの協調による深層学習における学習の高速化基盤

研究課題

研究課題/領域番号 21K17768
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分61010:知覚情報処理関連
研究機関東京理科大学

研究代表者

前田 慶博  東京理科大学, 工学部電気工学科, 講師 (80843375)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード深層学習 / 計算機アーキテクチャ / 高能率計算 / 高速化 / ハードウェアアクセラレーション
研究開始時の研究の概要

本研究課題では,深層学習の学習過程の高速化を実現する基盤構築を目的とする.深層学習は,社会的基盤となりつつあるが,学習過程に多大な計算リソースと計算時間を必要とする.この計算リソースと計算時間の削減するために,計算量削減などのアルゴリズムの観点と専用演算器の有効活用などの計算機アーキテクチャの観点に着目する.これらの観点は,不可分な関係を持っている.本研究では,それぞれの観点を協調させることによって高速化を実現し,体系立てた基盤を構築することを目指す.

研究成果の概要

本研究では,幅広い分野で活用されるDeep neural network(DNN)の学習における高速化について検討を行った.具体的には,DNNモデルの軽量化手法であるプルーニングや量子化と呼ばれるアルゴリズムに対して,計算機アーキテクチャの観点も踏まえた学習時にも活用できるDNN軽量化について検討を行った.検討の結果,プルーニングや量子化を基にした計算機アーキテクチャの恩恵をうけることが可能なアルゴリズムによってDNNの学習の高速化を実現できることを示した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は, Deep neural network(DNN)の学習の高速化について検討をするものである.DNNは,画像処理分野では物体認識や超解像など様々なコンピュータビジョンにおけるタスクの更なる高精度化を実現している.DNNの活躍は画像処理分野だけにとどまらず,様々な研究領域での活用や産業界においても商用利用されている.本研究によって学習の高速化が実現でき,更なる活用の幅が広がるものである.

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Decomposed Multilateral Filtering for Accelerating Filtering with Multiple Guidance Images2024

    • 著者名/発表者名
      Nogami Haruki、Kanetaka Yamato、Naganawa Yuki、Maeda Yoshihiro、Fukushima Norishige
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 24 号: 2 ページ: 633-633

    • DOI

      10.3390/s24020633

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SlidingConv: Domain-Specific Description of Sliding Discrete Cosine Transform Convolution for Halide2024

    • 著者名/発表者名
      Kanetaka Yamato、Takagi Hiroyasu、Maeda Yoshihiro、Fukushima Norishige
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 12 ページ: 7563-7583

    • DOI

      10.1109/access.2023.3345660

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SIMD-Constrained Lookup Table for Accelerating Variable-Weighted Convolution on x86/64 CPUs2024

    • 著者名/発表者名
      Naganawa Yuki、Kamei Hirokazu、Kanetaka Yamato、Nogami Haruki、Maeda Yoshihiro、Fukushima Norishige
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 12 ページ: 15800-15819

    • DOI

      10.1109/access.2024.3354720

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Local look-up table upsampling for accelerating image processing2023

    • 著者名/発表者名
      Tsubokawa Teppei、Tajima Hiroshi、Maeda Yoshihiro、Fukushima Norishige
    • 雑誌名

      Multimedia Tools and Applications

      巻: 83 号: 9 ページ: 26131-26158

    • DOI

      10.1007/s11042-023-16405-7

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gaussian Fourier Pyramid for Local Laplacian Filter2022

    • 著者名/発表者名
      Yuto Sumiya, Tomoki Otsuka, Yoshihiro Maeda, and Norishige Fukushima
    • 雑誌名

      IEEE Signal Processing Letters

      巻: 29 ページ: 11-15

    • DOI

      10.1109/lsp.2021.3121198

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Optimization of CNN Structure based on Principal Component Analysis and Sparsification2024

    • 著者名/発表者名
      "A. Hirose, Y. Maeda, T. Hamamoto
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Image Technology (IWAIT)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 重み分布に基づいたチャネルごとのクリップとビット割り当てによるCNNの量子化2023

    • 著者名/発表者名
      "峰尾光治, 前田慶博, 浜本隆之"
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 主成分分析とスパース化によるCNNモデルの構造決定とプルーニング2023

    • 著者名/発表者名
      "広瀬嵐, 前田慶博, 浜本隆之"
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 値域フーリエ級数展開画像群のウェーブレット変換による局所コントラスト操作2023

    • 著者名/発表者名
      "林晃平,前田慶博,福嶋慶繁"
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Tensor Coreを用いたガウシアンフィルタの高効率実装2023

    • 著者名/発表者名
      "野上遥貴,前田慶博,福嶋慶繁"
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Local Contrast Enhancement with Multiscale Filtering2023

    • 著者名/発表者名
      "K. Hayashi, Y. Maeda, and N. Fukushima"
    • 学会等名
      Asia-Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference (APSIPA ASC)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 重みの分布に応じた適応的なビット割り当てによるニューラルネットワークの量子化2023

    • 著者名/発表者名
      "峰尾光治,前田慶博,浜本隆之"
    • 学会等名
      映像情報メディア学会年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Dataset of Subjective Assessment for Visually Near-Lossless Image Coding based on Just Noticeable Difference2023

    • 著者名/発表者名
      "S. Honda, Y. Maeda, and N. Fukushima"
    • 学会等名
      International Conference on Quality of Multimedia Experience (QoMEX)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sliding DFTを用いた畳み込みフィルタの効率的な記述2023

    • 著者名/発表者名
      金高倭士,前田慶博, 福嶋慶繁
    • 学会等名
      電子情報通信学会画像工学研究会(IE)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Performance Evaluation of Halide Auto-Scheduler with Directional Cubic Convolution Interpolation2023

    • 著者名/発表者名
      Haruki Nogami, Sou Oishi, Tomohiro Sasaki,Yoshihiro Maeda, Norishige Fukushima
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Image Technology (IWAIT)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 局所コントラスト変換によるエッジ保存型ウェーブレット変換2022

    • 著者名/発表者名
      林晃平, 福嶋慶繁,前田慶博
    • 学会等名
      信号処理シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Basic Study on Domain Specific Description of Convolution with Sliding DFT2022

    • 著者名/発表者名
      Yamato Kanetaka,Yoshihiro Maeda, Norishige Fukushima
    • 学会等名
      International Workshop on Image Sensors and Imaging Systems (IWISS)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 主成分分析とスパース化によるCNNネットワーク構造の最適化2022

    • 著者名/発表者名
      広瀬嵐,前田慶博, 浜本隆之
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 近似バイラテラルフィルタのJust-Noticeable Differenceに基づく画質評価指標2022

    • 著者名/発表者名
      大石創,前田慶博, 福嶋慶繁
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] CPUマイクロアーキテクチャに応じた整数2次元畳み込みの高効率ベクトル化2022

    • 著者名/発表者名
      近藤拓海,前田慶博, 福嶋慶繁
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] サブ/スーパーガウシアン分布関数の近似高速化計算2022

    • 著者名/発表者名
      小島史也,前田慶博, 福嶋慶繁
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] スライディング周波数変換を用いた畳み込みフィルタのドメイン固有言語2022

    • 著者名/発表者名
      金高倭士,前田慶博, 福嶋慶繁
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] バイラテラルフィルタの近似誤差のJust-Noticeable Difference2022

    • 著者名/発表者名
      大石創,前田慶博,福嶋慶繁
    • 学会等名
      電子情報通信学会画像工学研究会(IE)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ガウス分布重み計算の近似によるバイラテラルフィルタの高速化2022

    • 著者名/発表者名
      小島史也,前田慶博,福嶋慶繁
    • 学会等名
      電子情報通信学会画像工学研究会(IE)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Color Transformation for Compressive Computing in Image Filtering2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Maeda, Norishige Fukushima, and Takayuki Hamamoto
    • 学会等名
      Asia-Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference (APSIPA ASC)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerating Finite Impulse Response Filtering Using Tensor Cores2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Kondo, Yoshihiro Maeda, and Norishige Fukushima
    • 学会等名
      Asia-Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference (APSIPA ASC)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ガウシアンフーリエピラミッド~ローカルラプラシアンフィルタの高速化~2021

    • 著者名/発表者名
      角谷勇仁,大塚友貴,前田慶博,福嶋慶繁
    • 学会等名
      電子情報通信学会画像工学研究会(IE)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Tensor CoreによるFIRフィルタの高速化2021

    • 著者名/発表者名
      近藤拓海,前田慶博,福嶋慶繁
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ローカルパッチ特徴の高速次元圧縮2021

    • 著者名/発表者名
      福嶋慶繁,前田慶博
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 行列演算機構を用いた積分画像生成の高速化の検討2021

    • 著者名/発表者名
      八木伸二, 前田慶博, 浜本隆之
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 人物移動軌跡推定のためのグラフニューラルネットワークに基づくリンク予測2021

    • 著者名/発表者名
      渡邉丈裕, 前田慶博, 杉村大輔, 浜本隆之
    • 学会等名
      画像符号化シンポジウム(PCSJ)/映像メディア処理シンポジウム(IMPS)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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