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2020 年度 実施状況報告書

HDLRuby: a new high productivity hardware description language targeting next generation edge computing architectures for IoT

研究課題

研究課題/領域番号 18K11284
研究機関有明工業高等専門学校

研究代表者

Gauthier Lovic  有明工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (90535717)

研究分担者 石川 洋平  有明工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (50435476)
白鳥 則郎  中央大学, 研究開発機構, 機構教授 (60111316)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワードHDL / HW design / Framework / Libraries / Evaluation / Edgfe computing / Neural network
研究実績の概要

The goal of the research is to design a new hardware description language (HDL), named HDLRuby [1] aiming at improving the design productivity of hardware systems. The previous year was dedicated to the implementation of an RTL simulator for HDLRuby descriptions, design of libraries of generic components, and the evaluation of the FPGA and IC implementation from HDLRuby descriptions. This year, the framework of HDLRuby has been developed to a stable stage with a standalone interface, and new generic HW components libraries have been added including, seamless fixed point computation, abstract communications [2], linear algebra, and memories. Edge computing integration has been further investigated with the implementation in HDLRuby of a neural network library [3] and of a recurrent neural network cell [4]. For this last year, it is planned to focus on the FPGA implementation of IC using HDLRuby and explore the support of dynamic reconfiguration.
[1] https://rubygems.org/gems/HDLRuby
[2] Abstracting HW communications with channels for HDLRuby, ICIAE 2021 (Best presentation award)
[3] Rubyを基にしたハードウェア記述言語“HDLRuby”によるニューラルネットワークのハードウェア実装に関する検討, IEICE 2021
[4] HDLRubyによるハードウェアへの長・短期記憶の実装に関する検討, IEICE 2021

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

The language was already fully defined and used for real IC and FPGA designs in the previous years. This year it has been used for providing a standalone framework interface for HDLRuby, for extending the language with several new libraries and applications. The evaluation of the language showed that the design of complex circuit like deep learning neural networks, or support of various communication protocols, can be described with very few lines of code compared to standard hardware description languages [2][3][4].
Additional works include the seamless support of fixed point computations, linear algebra and generic memories.
While the implementation of the language, its framework and its libraries advanced smoothly, and while several publications have been done, the travel and meeting restrictions due to the COVID-19 did not allow us to promote the language as much as we expected.

今後の研究の推進方策

We plan to focus more on the FPGA implementation of real-life circuits for edge computing using the HDLRuby framework and adding the support of dynamic reconfiguration.
For the promotion we plan to publish research papers in conferences, but we also expect to increase the exposure of the language by participating in a design contest.

次年度使用額が生じた理由

The grant amount for the year has been used taking into account the travel restrictions (in practice, we them avoided as much as possible) due to the COVID-19 outbreak. However, a little part of the funds have been provisioned for buying licenses for HW synthesis tools for the next fiscal year.

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Abstracting HW communications with channels for HDLRuby2021

    • 著者名/発表者名
      Lovic Gauthier, Youhei Ishikawa, Ryouta Sakai
    • 雑誌名

      Proceedings of the 9th IIAE International Conference on Industrial Application Engineering

      巻: 9 ページ: -

    • DOI

      10.12792/iciae2021.014

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rubyを基にしたハードウェア記述言語“HDLRuby”によるニューラルネットワークのハードウェア実装に関する検討2021

    • 著者名/発表者名
      酒井 凌大, 前原 祐生, ゴーチェ・ロヴィック
    • 雑誌名

      一般社団法人 電子情報通信学会 ( 信学技報 CAS2020)

      巻: 120 ページ: 79-84

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] HDLRubyによるハードウェアへの長・短期記憶の実装に関する検討2021

    • 著者名/発表者名
      前原 祐生, 酒井 凌大, ゴーチェ・ロヴィック
    • 雑誌名

      一般社団法人 電子情報通信学会 ( 信学技報 CAS2020)

      巻: 120 ページ: 85-90

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] QoS-AwareSecureRoutingDesign for Wireless Networks with Selfish Jammers2021

    • 著者名/発表者名
      YangXu,JiaLiu,YulongShen,XiaohongJiang,YushengJi,andNorioShiratori
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Wireless Communications

      巻: 1 ページ: -

    • DOI

      10.1109/TWC.2021.3062885

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Learning Algorithms for Vector Quantization using Vertically Partitioned Data with IoT Rece2021

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima and Norio Shiratori
    • 雑誌名

      Journal of Artificial Life and Robotics

      巻: 26-2 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 新型コロナウイルス対応感染症数理モデルの拡張 提案「SEIYR モデル」2021

    • 著者名/発表者名
      宮西洋太朗, 立花康夫, 白鳥則郎
    • 雑誌名

      第 53 回計測自動制御学会北海道支部学術講演会

      巻: 53 ページ: -

  • [雑誌論文] セキュアマルチパーティ計算によるエッジシステム上のBP学習法の提案2021

    • 著者名/発表者名
      藤田茂, 滝雄太郎, 白鳥則郎
    • 雑誌名

      情報処理学会 DPS 研究会報告

      巻: 2021-CSEC-92 ページ: 1-8

  • [雑誌論文] Secure Beamforming for Full-Duplex MIMO Two-Way Untrusted Relay Systems2020

    • 著者名/発表者名
      Shuangrui Zhao, Jia Liu, Yulong Shen, Xiaohong Jiang and Norio Shiratori
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Forensics & Security

      巻: 15 ページ: 3775-3790

    • DOI

      10.1109/TIFS.2020.3001733

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Link Selection for Security-QoS Tradeoffs in Buffer-Aided Relaying Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Ji He, Jia Liu, Yulong Shen, Xiaohong Jiang, Norio Shiratori
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Forensics & Security

      巻: 15 ページ: 1347-1362

    • DOI

      10.1109/TIFS.2019.2939738

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Noble Inheritance Mechanism of Digital Content for "Digital-Ji-in" toward Sustainable Society2020

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hiji, Yuichi Hashi, Kazuhiko Kikuchi, Shigeru Fujita, Yotaro Miyanishi, Norio Shiratori
    • 雑誌名

      Proceedings of The Eighth International Symposium on Computing and Networking (CANDAR2020)

      巻: 8 ページ: 254-259

    • DOI

      10.1109/CANDARW51189.2020.00056

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SUESSA: Sustainable & Ultra-Elastic Stack Security Architecture for Securing IoT Networks of Future Smart Cities2020

    • 著者名/発表者名
      Bishnu Prasad Gautam, Norio Shiratori
    • 雑誌名

      Proceedings of The Eighth International Symposium on Computing and Networking (CANDAR2020)

      巻: 8 ページ: 387-390

    • DOI

      10.1109/CANDARW51189.2020.00079

  • [雑誌論文] Simplified Security Learning using Vertically Partitioned Data with IoT2020

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajimaand, Noritaka Shigeiand, Hiromi Miyajima, Norio Shiratori
    • 雑誌名

      Proceedings of The 2020 International Symposium on Nonlinear Theory and its Application

      巻: 1 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] セキュアマルチパーティ計算によるエッジシステム上のBP学習法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      宮島洋文,重井徳貴,宮島廣美,白鳥則郎
    • 雑誌名

      情報処理学会 DPS 研究会報告

      巻: 2020-DPS-185 ページ: 1-7

  • [雑誌論文] Proposal of Sustainable Stone Grinder (石臼) For Realization of Super Smart Villages2020

    • 著者名/発表者名
      BISHNU PRASAD GAUTAM,BHARAT POKHAREL, NORIO SHIRATORI
    • 雑誌名

      情報処理学会 DPS 研究会報告

      巻: 2020-DPS-185 ページ: 1-5

  • [雑誌論文] 共生情報システム:自律・進化・持続可能な分散システムの提唱2020

    • 著者名/発表者名
      藤田茂, 白鳥則郎, 滝雄太郎
    • 雑誌名

      情報処理学会DPS研究会報告

      巻: 2020-EIP-89 ページ: 1-7

  • [雑誌論文] 簡易秘密計算による安全なPSOの実現2020

    • 著者名/発表者名
      宮島洋文,重井徳貴, 宮島廣美,白鳥則郎
    • 雑誌名

      Proceedings of the 36th Fuzzy System Symposium (FSS2020)

      巻: 36 ページ: 379-384

    • DOI

      10.14864/fss.36.0_379

  • [学会発表] Abstracting HW communications with channels for HDLRuby2021

    • 著者名/発表者名
      Lovic Gauthier
    • 学会等名
      Proceedings of the 9th IIAE International Conference on Industrial Application Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] 言語“HDLRuby”によるニューラルネットワークのハードウェア実装に関する検討2021

    • 著者名/発表者名
      酒井 凌大
    • 学会等名
      一般社団法人 電子情報通信学会 ( 信学技報 CAS2020)
  • [学会発表] HDLRubyによるハードウェアへの長・短期記憶の実装に関する検討2021

    • 著者名/発表者名
      前原 祐生
    • 学会等名
      一般社団法人 電子情報通信学会 ( 信学技報 CAS2020)

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公開日: 2021-12-27  

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