ギガ帯域インターネットにおける電子指紋の超高速・高精度検出と超高速検索

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24300016
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 井口 寧 北陸先端科学技術大学院大学, 情報社会基盤研究センター, 教授 (90293406)
• 研究分担者: 福士 将 山口大学, 理工学研究科, 准教授 (50345659)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: FPGA / リコンフィギャラブル / 電子指紋 / 音楽ファイル / インターネット配信 / LSH

研究概要

本研究では，インターネットに流通するmp3などの音楽ファイルをギガ帯域でリアルタイムに検出し，楽曲を特定・ライセンシングするために必要な，ハードウェア・サポートによる超高速電子指紋検出技術 およびその関連技術について研究する．ここで解明すべきことは，次の3点である．(1) 精度について，実用に耐える精度で楽曲を特定できる，高精度な電子指紋計算アルゴリズム　(2) 速度について，ギガ帯域に対応可能とするための，加減算中心のハードウェア指向の電子指紋検出アルゴリズムの開発　(3) 検索について，100万曲の指紋データベースから瞬時に楽曲を特定可能な，電子指紋の超高速検索機構
前年に指紋の計算は取り組んだので，2013年度は計算した指紋に最も近い指紋を，データベースの中から高速に検索する方法を開発した．従来のハッシュ法ではFPGAのメモリ容量の点で高速化が難しいので，階層的な検索を行い，これを実現するためにLSH法をFPGA上に実装した．2012年度はFPGA内のレジスタとブロックRAMの2段階の階層化であったが，2013度はFPGAチップ外のD-RAMも含めた3段階の階層化を試みた．チップ外メモリを用いることによって，検索対象の大幅な拡大が期待できる．
更に実装はメニーコアシステムが想定されるが，メニーコアシステム向けの高バンド幅，低レイテンシな階層型相互結合網についても研究し，新しいメニーコア向け相互結合網の性能評価を行った．指紋計算コアを多数設けることにより高速化を達成するアプローチであるが，多数の計算コアを設けると故障が問題になる．そこでフォールトトレランスについても研究した．回路を実装するための再構成法の研究も行った．

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

研究計画書に記載した通り，検索対象の拡大に対応できるアルゴリズムを2012度に開発し，実装方法として電子指紋を入れ替えるLSH法の階層を増加させているから．
業績について，採録決定には至っていないが，2013年度中に2本の論文を投稿した．
・荒木 光一, 佐藤 幸紀, 井口 寧, "FPGAベースの組込みシステムにおける動的消費電力モデルを 用いた低消費電力指向の自動ハードウェアチューニング", 信学論 D
・荒木 光一, 佐藤 幸紀, 井口 寧, "FPGAにおける自動パイプラインチューニングのための 設計フレームワーク", 信学論 D

今後の研究の推進方策

大量の検索を可能とするLSH法を，階層化し，検索対象を拡大する．
そのための入れ替えスキームを改良する．

次年度の研究費の使用計画

当初，1年目から専任のポストドクを雇用する予定であったが，申請予算に対して交付金額が十分でなく，専任ポストドクを雇用することができなかった．
研究費が当初申請した金額よりも少なかったため，前年度の基金助成金を次年度に繰り越し，可能な範囲で人件費を集約し，専任のポストドクを雇用する．物品や旅費などについては，申請時計画に沿って使用予定である．

研究成果

• [雑誌論文] Reconfiguration and Yield of a Hierarchical Torus Network (2013)
  • 著者名/発表者名: M M Hafizur Rahman, Masaru Fukushi, Yasushi Inoguchi
  • 雑誌名: IETE Tecnical Review 巻: 30.2 ページ: 120-128
  • DOI: 10.4236/cn.2013.51004
  • 査読あり
• [雑誌論文] High and stable performance under adverse traffic patterns of tori-connected torus network (2013)
  • 著者名/発表者名: M M Hafizur Rahman, Yukinori Sato, Yasushi Inoguchi
  • 雑誌名: Computers and Electrical Engineeing 巻: 39.3 ページ: 973-983
  • DOI: 10.1016/j.compeleceng.2012.12.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Region-based Fault Tolerant Routing Algorithm for 2D Irregular Mesh Network-on-Chip (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Fukushima, Masaru Fukushi, and Ikuko Eguchi Yairi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Testing: Theory and Applications 巻: 29.3 ページ: 415-429
  • DOI: DOI:10.1007/s10836-013-5377-9
  • 査読あり
• [学会発表] メモリの階層化によるハードウェア音楽電子指紋の高速検索 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 泰, 佐藤 幸紀, Yiyu Tan, 井口 寧
  • 学会等名: 電気関係学会 北陸支部連合大会, F1-14
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 20130921-20130921
• [学会発表] 組込みシステムにおける再構成時間を考慮した 低消費電力指向の設計フレームワークの提案 (2013)
  • 著者名/発表者名: 荒木 光一, 佐藤 幸紀, 井口 寧
  • 学会等名: 信学技法 RECONF2013-31
  • 発表場所: 北陸先端科学技術大学院大学
  • 年月日: 20130919-20130919
• [学会発表] Hierarchical Tori Connected Mesh Network (2013)
  • 著者名/発表者名: M.M. Hafizur Rahman, Asadullah Shah, Masaru Fukushi, and Yasushi Inoguchi
  • 学会等名: ICCSA 2013, Part V, LNCS 7975
  • 発表場所: Ho Chi Minh City, Vietnam
  • 年月日: 20130624-20130627