グループ紹介

ふんが研では, WASMII, ASAP, BLACKBUSの3つのグループにわかれて研究をしています.
以下でそれぞれのグループを詳しく紹介していきます.
(現在掲載中の研究内容は2016年度現在のものです)

WASMII

WASMIIではスマートフォンなどの組み込み系向けに低電力で高性能なアーキテクチャの設計を行っています. 実際にチップを作成することもしています.
WASMII内ではさらに3つのサブグループに分かれています.

MuCCRA

動的再構成プロセッサ MuCCRAは「Multi-Core Configurable Reconfigurable Architecture」の略で,このグループでは動的再構成プロセッサというアーキテクチャの有効的な利用方法を研究をしています.動的再構成プロセッサとは,チップの中に構成情報を流すことで動的に回路構成を変えることのできるプロセッサのことです.マルチメディア処理で性能を発揮できるアクセラレータと言えます.マルチコア化,無線での3次元接続など,さらなるパフォーマンスの向上に取り組んでいます.


CMA

低電力再構成プロセッサ CMAとは「低消費エネルギー大規模再構成プロセッサアレイ」のことでCool Mega Array の略称です.名前にもある通り何よりもエネルギーを抑えることを優先したプロセッサです.MuCCRAの研究の結果,消費される電力のうち動的再構成に要する電力が意外に大きいことが判明したので,演算器をあらかじめ多数用意して一気に構成してしまい「動的」な再構成をしないのはどうだろうかという結論に至ったことが発端となり立ちあがったグループです.いままでにCMA-1, CMA-2の実機を作ってきました.WASMIIの中でもホットなグループです.

  

LEAP

超低電力アーキテクチャ LEAPは, 「Low-power Electronics Assciation & Project」の略で, SOTB CMOSFETと呼ばれる超低電力半導体を用いたアーキテクチャを設計しています. SOTB CMOSFETはルネサスが開発した技術で, 従来は約1.2Vでチップを動かしていたものをこの技術を使うことにより約0.4Vと従来の1/3の電圧で動くようになり, 大幅に消費電力を削減することができるようになりました. このSOTB CMOSFETを有効活用できるようにするのがこのグループの課題です. SOTB CMOSFETをどのように制御すればいいかを探っています.


CUBE

三次元積層マルチコアプロセッサ Cubeとは「誘導結合を用いたビルディングブロック型計算システム」の研究で作成された三次元積層プロセッサです。ビルディングブロック型計算システムとはおもちゃのLEGOを組み立てるようにして、チップ同士をくっつけることで用途に応じて様々なシステムを作成するものです。Cubeグループでは実際のシステムを作りながらソフトウェアから回路まで広い分野の研究をしています。


NeuroCore

三次元積層メニーコアディープラーニングアクセラレータ 近年、画像認識や音声認識、機械翻訳などの分野において、Deep Learningが幅広く利用されるようになりました。Deep Learningの高速化には、本来ゲームの高速化用であったGPUを用いることが一般的です。しかし、電力効率などの面において、コンピュータアーキテクチャの観点から、さらなる効率化の余地があるものと考えられます。 天野研究室では、東京大学の近藤研究室と共同で、Deep Learningをターゲットとして、電力や速度の面で既存のCPUやGPUよりも有利な、新しいアクセラレータ、NeuroCoreの開発に取り組んでいます。 具体的には、独自の命令セットを持つメニーコアアーキテクチャを採用しています。


ASAP

ASAPではFPGAやGPUといった既存のデバイスを使って, でかい問題(計算量の多い問題)をできるだけ安いコストでいかにして速く解くかを追及しています. 画像処理, 流体力学, 金融工学など, 対象となる分野はたくさんあります.
ASAPでは以下の2つのサブグループに分かれています. 詳しくはこちら

FPGA

FPGAを用いたアプリケーション高速化 FPGAグループではFPGAによるアプリケーションの実行速度の向上についての研究をしています.一言で言うと,ゴリゴリコーディングしてアプリをガッツリ速くするグループです.FPGAは,プロセッサ実験で使った自由に回路を書き換えられるデバイスで,周波数は低いものの,うまく並列性を抽出すればIntel CPUの2~10倍の速度で処理することが出来ます. 最近では天下のIntelがAltera(大手FPGAベンダ)を買収したり,MicrosoftがBing検索エンジンをFPGA実装したり,ドワンゴがニコ動配信サーバをFPGAで高速化しようとしていたり,FPGAはいま非常に注目されているデバイスです.
ふんが研では現在,流体力学,ゲームAI (ゲーム木探索,ディープラーニング),画像処理(HOGを用いた人認識)を高速化の対象アプリケーションとして研究しています. 一般にFPGA実装はVerilog-HDLを記述していくため,FPGAで限界性能を出すためにはものすごい労力が必要になります.(動かすだけでもちょー大変だし.っていうか普通の人には動かすことすらできない.髪の毛なくなっちゃう.)そんなの嫌だということで,我々はC言語ベース(高位合成言語)での設計やZynqというCPUとFPGAのSoCを用いたSW/HW協調設計を用いたアプローチを基本的にとっています.もちろんVerilogのみでやることもあるし、"高位合成は甘え!" "Verilog以外は書きたくない!" "死ぬほどVerilog書きたい!"って人も大歓迎.
ハードウェアの知識とソフトウェアの知識両方を必要とするグループなので,大変ではありますが技術力は鍛えられます.

キーワード:高速化,FPGA,動的再構成,高位合成,並列化


ZYNQ BOARD

GPU

GPUを用いたアプリケーション高速化 皆さんはGPUをご存知でしょうか? GPUはパソコンのグラフィックボードに載っている,画像処理に特化したプロセッサです. 最新GPUにはCPUのコア数とは比較にならない,なんと数千コアが搭載され3Dなどの重い処理を軽快にしてくれます. こんなすばらしい処理能力を持ったGPUに画像処理しかやらせないなんてもったいないので, 我々はGPUの多目的での利用の研究を行っている訳です. GPUグループの研究は一言でいえば高速化ということになります. 特定のアプリケーションを速くなるように実装したりはもちろん,フレームワークなどを作成してGPUをプログラムしやすくするツールを作成したり, クラスタなどの接続網を工夫したりなど様々なアプローチを行っています. そのためアプローチ方法次第で自分の得意分野をいかようにも生かせます.

キーワード:GPU,高速化,並列化,Verilog読み書き不要, GPU-BOX


TCA

TCAアーキテクチャを用いたヘテロジーニアスクラスタの高速化

みなさんはFPGAとGPUをご存知ですか?ご存知ですよね?ご存じない方はすぐ上に書いてあるFPGAとGPUの説明をよく読んでください.最近のスパコンではアクセラレータと言ってCPU以外の様々なデバイスを利用し性能向上を目指していますが,特に最近ではGPUの利用が増加してきています.基本的にGPUというのはCPUがなくては利用できません.GPUが計算を行うためには計算に使うデータをCPUが送ってあげる必要があり,計算が終わればデータをCPUに戻してあげなければいけません.また他のGPUにデータを送りたい時もCPUが必要です.例えばあるCPU(仮にCPU_Aとしましょう)に繋がれたGPU(GPU_A)から他のCPU(CPU_B)に繋がれたGPU(GPU_B)にデータを送りたいという時でも,わざわざGPU_A→CPU_A→CPU_B→GPU_Bとデータを転送しなければいけません.GPUを利用したスパコンでは特に,別のCPUに接続されたデバイスにデータを送るのが遅いのです.そこで開発されたのがTCAアーキテクチャです.TCAアーキテクチャは,PEACHとよばれるFPGAで作られたスイッチによりCPUで隔てられたGPUを直接接続することが可能で,データ転送を高速化することが出来ます.つまりGPU_A→GPU_Bです!また,PEACHに利用しているFPGAは高性能でまだまだ性能的に余裕があります.そこでPEACHを使ってデータ転送をするついでに,CPUで行うべき処理をFPGAで肩代わりすることも可能です.TCAグループではこのPEACHを利用して様々なアプリケーションの高速化を研究しています.FPGAも使いますし,GPUも使いますので欲張りなあなたはぜひTCAグループに!どちらかだけの人も大歓迎です!

キーワード:TCA, PEACH, GPU, FPGA, スパコン, Verilogは使えても使えなくてもいいよ

BLACKBUS

ハロー!!B3のみんな!我々はネットワークを研究している。詳しくはここを見てくれ!

番外編:YAMASHI

ふんが研ではYAMASHI(山師)と呼ばれるプロジェクトも存在しています。これは悪い意味ではなく,今まで研究してこなかった,まったく新しい研究テーマに挑戦しよう!というプロジェクトで,かなり斬新な研究が多いのが特徴です。 ふんがさんがアイデアを出して学生を募集することもありますし,学生が主導してアイデアを出してプロジェクトを立ち上げることもあります。いずれにせよ,非常に刺激的な研究生活が待っているでしょう!