大規模結合高次アクティブシリコンニューロンの試作による人工ブレインの構成的研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18360159
• 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: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中島 康治 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60125622)
• 研究分担者: 佐藤 茂雄 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10282013) ; 早川 吉弘 仙台高等専門学校, 准教授 (20250847) ; 小野美 武 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70312676)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: ニューラルネットワーク / バースト発火現象 / 高次ダイナミクス / IDモデル / 集積回路 / ニューロチップ / 能動素子 / シリコンブレイン

研究概要

ポテンシャルとアクティブ領域の新概念によるニューロダイナミクスの研究を進め、発振系の結合によりバースト発振が生起すること、またその制御性が明らかとなった。36ニューロンユニットを用いたLSIチップの測定から得られた知見を基に、大規模なシステムへと拡張するための検討を行い、相互結合系の解析のために、LSIチップを利用して測定を行った。高次ダイナミクスを導入したニューロンモデルに関して、高次化をシナプス結合へ導入しTSP・QAP共に静的解表現の適用が可能となり100%の正解率が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Design of the Inverse Function Delayed Neural Network for Solving Combinatorial Optimization Problems (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEEE Trans. Neural Network vol. 21, no. 2 ページ: 224-237
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implementation of High-Speed Single Flux-Quantum Up/Down Counter for the Neural Computation Using Stochastic Logic (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Onomi, T. Kondo, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEEE Trans. Applied Superconductivity vol. 19, no. 3 ページ: 626-629
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parameter Analysis for Removing the Local Minima of Combinatorial Optimization Problems by Using the Inverse Function Delayed Neural Network (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 雑誌名: Advances in Neuro-Information Processing, 15th Int. Conf., ICONIP 2008, Auckland, New Zealand, November 25-28, 2008, Revised Selected Papers Part I ページ: 875-882
  • 査読あり
• [雑誌論文] 外観検査システムのための高速ハードウェアニューラルネットワークの設計 (2009)
  • 著者名/発表者名: 千承佑, 早川吉弘, 中島康治
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌A vol. J92-A, no. 1 ページ: 37-47
  • 査読あり
• [雑誌論文] RF impedance of intrinsic Josephson junction in flux-flow state with a periodic pinning potential (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, K. Nakajima, K. Nakajima
  • 雑誌名: Physica C vol. 468 ページ: 1295-1297
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bursting characteristics of a neuron model based on a concept of potential with active areas (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nakajima, S. Suenaga
  • 雑誌名: Chaos, American Institute of Physics vol. 18 ページ: 023120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recalling Temporal Sequences of Patterns Using Neurons with Hysteretic Property (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Sveholm, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEICE Trans. Fundamentals vol. E91-A, No. 4 ページ: 943-950
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hardware Neural Network for a Visual Inspection System (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Chun, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEICE Trans. Fundamentals vol. E91-A, No. 4 ページ: 935-942
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed single flux-quantum up/down counter for neural computation using stochastic logic (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Onomi, T. Kondo, K. Nakajima
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series vol. 97 ページ: 012187
  • 査読あり
• [雑誌論文] Avoidance of the Permanent Oscillating State in the Inverse Function Delayed Neural Network (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Sato, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEICE Trans. Fundamentals vol. E90-A, no. 10 ページ: 2101-2107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of a Neural Network Chip for the Burst ID Model with Ability of Burst Firing (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Suenaga, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEICE Trans. Fundamentals vol. E90-A, no. 4 ページ: 715-723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Macroscopic Quantum Tunneling and Resonant Activation of Current Biased Intrinsic Josephson Junctions in Bi-2212 (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Sato, K. Inomata, M. Kinjo, N. Kitabatake, K. Nakajima, H. B. Wang, T. Hatano
  • 雑誌名: IEICE Trans. Electronics vol. E90-C, no. 3 ページ: 599-604
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of macroscopic quantum tunnelling in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> intrinsic Josephson junctions (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, S. Sato, M. Kinjo, N. Kitabatake, H. B. Wang, T. Hatano, K. Nakajima
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology vol. 20, no. 1 ページ: S105-S109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse Function Delayed モデルによる組み合わせ最適化問題正解率のパラメータ依存性 (2006)
  • 著者名/発表者名: 佐藤朱里, 早川吉弘, 中島康治
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌基礎・境界 vol. J89-A, no. 11 ページ: 960-972
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Neural Network Composed of Kane's Qubits (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakamiya, M. Kinjo, O. Takahashi, S. Sato, K. Nakajima
  • 雑誌名: Jpn.Journal of Applied Physics vol. 45, No. 10A ページ: 8030-8034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamical Behavior of Neural Networks with Anti-Symmetrical Cyclic Connections (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Suenaga, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEICE Trans. Fundamentals vol. E89-A, no. 10 ページ: 2775-2786
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temporal Sequences of Patterns with an Inverse Function Delayed Neural Network (2006)
  • 著者名/発表者名: J. Sveholm, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEICE Trans. Fundamentals vol. E89-A, no. 10 ページ: 2818-2824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hardware Implementation of an Inverse Function Delayed Neural Network Using Stochastic Logic (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Li, Y. Hayakawa, S. Sato, K. Nakajima
  • 雑誌名: IEICE Trans. Information and Systems vol. E89-D, no. 9 ページ: 2572-2578
  • 査読あり
• [雑誌論文] RF Responses and In-Phase Josephson Vortex Motion in an Intrinsic Josephson Junction System with a Periodic Pinning Potential (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, K. Nakajima, K. Nakajima
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical Society vol. 48, no. 5 ページ: 1053-1056
  • 査読あり
• [学会発表] Low-Tc ジョセフソン接合列における集団的スイッチング特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡辺峰生, 片山秀瑛, 桜庭栄, 猪股邦宏, 小野美武, 佐藤茂雄, 中島康治
  • 学会等名: 2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 大規模集積回路のためのSFQ Booth Encoder (2010)
  • 著者名/発表者名: 中本涼介, 桜庭栄, 小野美武, 佐藤茂雄, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2010年総合大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-03-16
• [学会発表] 4ビット並列高速フーリエ変換システム (2010)
  • 著者名/発表者名: 桜庭栄, 小野美武, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2010年総合大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-03-16
• [学会発表] van der Pol 相互結合系のポテンシャルとアクティブエリアに基づく動解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬幸司, 曽田尚宏, 早川吉弘, 佐藤茂雄, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2010年総合大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-03-16
• [学会発表] 高次結合ネットワークによる組み合わせ最適化問題解探査のパラメータ特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 曽田尚宏, 黒瀬幸司, 早川吉弘, 佐藤茂雄, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2010年総合大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-03-15
• [学会発表] 離散時間高次結合逆関数遅延ネットワーク (2010)
  • 著者名/発表者名: 曽田尚宏, 黒瀬幸司, 早川吉弘, 佐藤茂雄, 中島康治
  • 学会等名: 信学技報
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] 2次ポテンシャル上にアクティブエリアを持つ振動子相互結合系の振る舞い (2010)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬幸司, 曽田尚宏, 早川吉弘, 佐藤茂雄, 中島康治
  • 学会等名: 信学技報
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] 超伝導ニューラルネットワークとその4-Queen問題への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 前波勇介, 小野美武, 早川吉弘, 佐藤茂雄, 中島康治
  • 学会等名: 信学技報
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] Booth encoder for large scale integration SFQ circuits (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Nakamoto, S. Sakuraba, T. Onomi, S. Sato, K. Nakajima
  • 学会等名: Proceedings of Superconducting SFQ VLSI Workshop SSV 2010
  • 発表場所: Yokohama Japan
  • 年月日: 2010-01-13
• [学会発表] High Throughput Parallel Arithmetic Circuits for Fast Fourier Transform (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Sakuraba, A. Martins, T. Onomi, S. Sato, K. Nakajima
  • 学会等名: Proceedings of Superconducting SFQ VLSI Workshop SSV 2010
  • 発表場所: Yokohama Japan
  • 年月日: 2010-01-13
• [学会発表] ホップフィールドネットワークと断熱的量子計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤茂雄, 金城光永, 中島康治
  • 学会等名: 信学技報
  • 発表場所: 屋久島
  • 年月日: 2009-11-11
• [学会発表] Analyses of Two Dimensional Hindmarsh-Rose Type Model Based-on a Concept of Potential with Active Areas (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kurose, T. Sota, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 学会等名: Proceedings of the 2nd Student Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2009-10-27
• [学会発表] Solving Combinatorial Optimization Problems with the Quartic Form Energy Function of the Neural Network (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Sota, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 学会等名: Proceedings of the 2nd Student Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2009-10-27
• [学会発表] Analyses of the dynamics of interconnected van der pol models based-on a concept of potential with active areas (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kurose, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 学会等名: Proceedings of the 2009 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2009-10-20
• [学会発表] The Quartic Form Energy Function for General Combinatorial Optimization Problems (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Sota, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 学会等名: Proceedings of the 2009 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2009-10-20
• [学会発表] Two Dimensional Hindmarsh-Rose Type Model のポテンシャル上のアクティブ領域に基づく動特性解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬幸司, 早川吉弘, 中島康治
  • 学会等名: 日本神経回路学会第19回全国大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 非線形自己結合を持つ逆関数遅延ニューラルネットワーク (2009)
  • 著者名/発表者名: 曽田尚宏, 早川吉弘, 中島康治
  • 学会等名: 日本神経回路学会第19回全国大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] 逆関数遅延ニューラルネットワークを用いたナンバープレイスの解法 (2009)
  • 著者名/発表者名: 早川吉弘, 中島康治
  • 学会等名: 日本神経回路学会第19回全国大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] 4-bit Parallel Multiplier for a Fast Fourier Transform (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Sakuraba, T. Onomi, K. Nakajima
  • 学会等名: Extended Abstracts of the 12th International Superconductive Electronics Conference
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2009-06-19
• [学会発表] 4-bit Parallel Adder for a Fast Fourier Transform System (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Sakuraba, T. Onomi, K. Nakajima
  • 学会等名: Proceedings of Superconducting SFQ VLSI Workshop SSV2009
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2009-06-19
• [学会発表] Collective Dynamics of Intrinsic Josephson Junctions (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Sato, K. Matsushita, K. Inomata, H. Wang, T. Hatano, M. Kinjo, K. Nakajima
  • 学会等名: Extended Abstracts of the 12th International Superconductive Electronics Conference
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2009-06-18
• [学会発表] バーストニューロンモデルのポテンシャル上のアクティブ領域に基づく動特性解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中島康治, 早川吉弘, 黒瀬幸司
  • 学会等名: 第58回理論応用力学講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-06-10
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合列における集団力学について (2009)
  • 著者名/発表者名: 松下耕司, 佐藤茂雄, 猪股邦宏, 金城光永, 王華兵, 羽多野毅, 中島康治
  • 学会等名: 2009年春季 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2009-04-02
• [学会発表] 高速フーリエ変換システム用ハイスループット並列加算器 (2009)
  • 著者名/発表者名: 桜庭栄, 小野美武, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2009年総合大会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2009-03-20
• [学会発表] ニューラルネットワークの手法を用いた断熱的量子計算における計算性能のハミルトニアン依存性について (2009)
  • 著者名/発表者名: 小野亜衣子, 佐藤茂雄, 金城光永, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2009年総合大会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2009-03-20
• [学会発表] ニューロチップを用いたバーストIDモデル相互結合系の測定 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬幸司, 早川吉弘, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2009年総合大会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2009-03-19
• [学会発表] 高次シナプス結合ニューラルネットワークによる組み合わせ最適化問題解探査 (2009)
  • 著者名/発表者名: 曽田尚宏, 早川吉弘, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2009年総合大会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2009-03-19
• [学会発表] 高次元ニューロンモデルの動的相互作用に関する研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 押切智子, 早川吉弘, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2009年総合大会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2009-03-19
• [学会発表] Neural Searching Algorithm for Combinatorial Optimization Problems (2009)
  • 著者名/発表者名: Ali A. Lemus, Y. Hayakawa, K. Nakajima
  • 学会等名: 電子情報通信学会2009年総合大会、情報システムソサイエティ総合大会特別号学生ポスターセッション
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2009-03-18
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合の量子特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤茂雄, 猪股邦宏, 王華兵, 羽多野毅, 金城光永, 中島康治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2009年総合大会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2009-03-17