弓仲研究室概要(2009年1月更新)

研究室からの風景


研究の概要

近年,VLSI(大規模集積回路)システムの極限微細化・高並列化・低電圧化のトレンドに伴い,内部配線の激増,さらには配線間クロストーク雑音等,配線に起因する性能限界が深刻となりつつある. この配線問題の解決を目的として,本研究室では,多値論理および信号の多重化に基づく新概念の集積回路・情報処理システムの構築に関する研究を一貫し て行っている.通信の分野の高効率情報伝送技術(CDMA等)の導入により, 多重化技術による配線の劇的な削減,変復調技術を駆使したノイズ削減効果などが 期待され,従来,配線の制限から実現困難であった高並列・高信頼化VLSIの実現が可能となる. 本研究室では最新のVLSI設計ツールや回路シミュレータ等が利用可能であり,計算機をフルに活用可能な研究設備を有している.

平成20年5月 電子情報通信学会学生奨励賞受賞(修士2年 高橋靖典)

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本研究室の修士2年高橋靖典君が電子情報通信学会学生会にて発表した下記研究に対し、奨励賞が授与されました.

高橋、弓仲 :  パルス幅変調プリエンファシスを用いた多値波形等化技術、平成19年度電子情報通信学会東京支部学生会発表会, C-12(2008-3)

平成19年8月 多値論理フォーラム優秀発表賞受賞(修士2年 山村和義)

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本研究室の修士2年山村和義君が第30回多値論理フォーラムにて発表した下記研究に対し、優秀発表賞が授与されました.

山村、弓仲 : 3次元積層チップ間誘導結合無線インタフェースを用いた多値信号伝送技術,第30回多値論理Forum, No. 6(2007-8).


平成13年5月 Outstanding Contributed Paper Award受賞

本研究室の弓仲講師,OBの加藤律氏,佐々木教授および東北大学との 共同研究の成果を報告した国際会議, IEEE多値論理国際シンポジウム(ISMVL'2000)において, 以下の国際学会論文に対し,Outstanding Contributed Paper Awardが授与されました.

[Y. Yuminaka, O. Katoh, Y. Sasaki, T. Aoki and T. Higuchi, "An Efficient Data Transmission Technique for VLSI Systems Based on Multiple-Valued Code-Division Multiple Access," Proc. of the 30th IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic, pp.430-437, May 2000. ]

本論文賞は発表件数約80件の中から最も優れた研究内容, 発表に対して授与されるものであり, 多値論理の概念を導入することにより,チップ内CDMA 通信の性能向上を図る本研究室の研究成果の独創性が 評価されたものである.


最近の研究テーマ

スペクトル拡散情報処理

極限微細化された集積回路において 深刻化している配線数の激増,ノイズの増大等の配線に起因する性能劣化に対処するために, 周波数利用効率や耐ノイズ性に優れた スペクトル拡散技術(CDMA)を集積回路中の情報伝送に適用した.特に,スペクトル拡散技術をデータ伝送のみならず情報処理へも適用する 「スペクトル拡散情報処理」なる処理方式を提案し,ニューラルネットワーク,スペクトル拡散画像処理などの応用を示 し,LSI中の配線,ノイズの削減への効果,および新概念の画像処理の有用性を明らかにした.

スペクトル拡散画像処理

近年,ディジタル信号処理,とりわけマルチメディア,インターネッ トの普及に伴い,膨大なデータ量を有する画像情報を低消費電力 LSIを用いて,有限の周波数帯域に高速に伝送するための高性能画 像符号化,圧縮技術が不可欠となっている.現在は主にDCT(離散コサイン変換)に基づく直交変換が主流となっ ているが,雑音に弱く,文字情報等の圧縮効率が低いなどの問題が存在していた. 従来,スペクトル拡散技術は1次元信号を対象としたものであったが,本研究では,スペクトル拡散技術の2次元信号への拡張を試み, 上述の諸問題を軽減可能な画像処理方式を検討している.本研究者が提案しているスペクトル拡散画像処理はランダム雑音画 像を基底としているため,周波数成分を基底とする従来のDCT(離散コサイン変換)等の圧縮では困難な 視覚特性を利用した優れた画像圧縮,ノイズ環境下でのデータ転送等の応用が可能であり,以下のような特徴ある画像処理が可能であることを明らかにしている.
  1. 文字画像などの細部情報を保持しつつ画像圧縮が可能
  2. 耐ノイズ性に優れた画像データ伝送が可能.
  3. 画像の階調のダイナミックレンジを圧縮することにより,画像の多重化が 可能であり,電子透かし等への応用が可能.

多値スペクトル拡散符号

携帯電話等の無線通信向けに開発されたCDMA方式は, 送受信のキャリヤの同期回路が要求されると共に,符号が相互に厳密に直交していないため,キャリヤ間干渉を抑制する複雑な処理回路が要求 される. そのため,集積回路中の通信にスペクトル拡散技術を適用するアイディアはこれまでほとんど提案されていない現状である(大阪大学に類似研究あり). これに対し本研究では,集積回路中ではクロック信号を用いること によりキャリヤが容易に同期可能である点に着目すると共に,多値キャリヤの導入により,配線遅延の同期誤差をも完全に除去する新 しい多値符号分割多重(MV-CDMA)技術を提案し,シミュレーションおよび個別素子による基礎実験により有効性を実証している.

電流モードCMOSアナログ回路

M系列で変調された信号を検出する相関器とよばれる回路 は,アナログ乗算器とローパスフィルタにより構成されるが,回路規模が大きく,集積回路への実装を考慮した場合,さらなるコンパクト化 が必要不可欠となる.相関回路中で特に回路規模が大規模化する乗算 器部分の改善を試みる. 特に,復調M系列の乗算が0,1の値のみをとるため,スイッチング機能で等価的に実現可能であることに着目し,アナログ乗算器を パススイッチおよびCMOS双方向電流モード回路方式に基づき実現し,相関回路の規模を劇的に削減する回路構成を検討している.

通信技術を用いたチップ内/間高速信号伝送

チップ内/チップ間の信号伝送速度はGHz オーダとなり,配線の寄生容量等により,ディジタル (0/1) として伝送した信号が劣化し,誤動作を起こす原因となる.本研究では,通信の分野の符号理論,波形等化技術等を用いて,帯域制限された伝送路中で劣化した信号を復元する技術とその回路実現に関する検討を行っている.さらに、インダクタ(コイル) を用いてチッ プ間を無線で通信する技術を研究している.

遺伝的アルゴリズムを用いたアナログ回路の合成,最適化

遺伝的アルゴリズム(GA) を用いて,アナログ回路の素子パラメータ,配線情報を進化させ,仕様を満足する回路を自動合成するアルゴリズムを検討している.合成結果をFPAA(プログラム可能なアナログ素子ブロック) に書き込むことにより,アナログ回路の設計期間を大幅に短縮可能である.

位相限定相関画像処理,LINUXクラスタによる並列処理

画像の位相情報に着目した新しい画像処理アルゴリズムとその応用に関する研究を行っている.また,画像のサブピクセル位置検出によるレジストレーションや低解像度画像を複数用いて高解像度の画像を再構成する超解像度アルゴリズムも検討している.さらに,画像処理,回路シミュレーション等の大規模シミュレーションの高速処理を実現するために,16台のPC からなるLINUX クラスタを用いた並列処理に関する研究も行っている.グリッドコンピューティングに基づく並列回路シミュレーション環境(Grid-Based Parallel Spice) の構築実績がある.

VLSI 設計CAD

通信,アナログ・ディジタルLSI, システムLSI設計を指向した研究・教育活動を推進し,群馬大学ベンチャービジネスラボラトリ, VDEC(東京大学大規模集積システム設計センター)等と連携した VLSIの設計環境を整備していく予定である. 具体的には,LSI設計に必須な,回路シミュレータ,動作記述言語,論理合成,フルカスタムLSI設計などの各CADツールを整備し, 大規模なシステムLSI設計が可能となるような計算機環境を完備する予定である. 平成13年度からGU-SVBL(群馬大学サテライトベンチャービジネスラボラトリ)において、SPICEを用いた回路設計の 学生実験環境を実現しました。

98年以降の研究活動

弓仲, 佐々木 : 直交系列に基づくウェーブパラレルコンピューティングシステム, 電子情報通信学会論文誌(D-I) Vol. J81-D-I, 2, pp.133--142(1998-2).

Y. Yuminaka, Y. Sasaki, T. Aoki and T. Higuchi : Design of Neural Networks Based on Wave-Parallel Computing Technique, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Kluwer Academic Publishers, Vol. 15, pp.315-327(1998-3).

弓仲, 伊藤, 武井, 佐々木 : 直交系列を用いた多重演算VLSIシステムの構成, 第11回回路とシステム軽井沢ワークショップ, pp.43-48(1998-4).

Y. Yuminaka : Wave-parallel computing paradigm based on multiplexing of signals, 7th International Workshop on Post-Binary Ultra-Large-Scale Integration Systems, pp.31-32(1998-5).

Y. Yuminaka, Y. Sasaki, T. Aoki and T. Higuchi : Wave-Parallel Computing Systems using Multiple-Valued Pseudo-Orthogonal Sequences, Proc. 28th Int. Symp. Multiple-Valued Logic, pp. 148-153(1998-5).

Y. Yuminaka, T. Aoki and T. Higuchi : Frequency-Mode Set-Valued Logic for Wave-Parallel Computing -- Design and Experimental Realization --, Multiple-Valued Logic -An International Journal, Vol.3, No.4, pp.301-332(1998).

弓仲, 伊藤, 佐々木 : スペクトル拡散を用いた高効率情報伝送に基づ くVLSIシステム, 第12回回路とシステム軽井沢ワークショップ, pp.259-264(1999-4) (第12回回路とシステム(軽井沢)ワークショップ奨励賞受賞)賞状 工学部ニュース記事

M.A.Mohamed Zin, H. Kobayashi, K. Kobayashi, J. Ichimura, H. San, Y. Onaya, Y. Kimura, Y. Yuminaka, Y. Sasaki, K. Tanaka and F. Abe : A High-Speed CMOS Track/Hold Circuit, 第12回回路とシステム軽井沢ワークショップ, pp.49-53(1999-4)

弓仲 : スペクトル拡散を用いた高効率情報伝送に基づくVLSIシステムとその応用, 第18回ニューパラダイムコンピューティング研究会, (1999-4).

Y. Yuminaka and Y. Sasaki : A Multiple-Valued Code-Division Multiplexing Technique for Efficient Data Transmission in VLSI Systems, The First Korea-Japan Joint Symposium on Multiple-Valued Logic, pp.223-232(1999-8).

弓仲, 佐々木 : スペクトル拡散技術を用いた高効率情報伝送に基づく情 報処理システム, 1999年電子情報通信学会ソサイエティ大会, A-5-20(1999-9).

M. A. Mohamed Zin, H. Kobayashi, K. Kobayashi, J. Ichimura, H. San, Y. Onaya, Y. Kimura, Y. Yuminaka, Y. Sasaki, K. Tanaka and F. Abe : A High-Speed CMOS Track/Hold Circuit, 1999 IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS99), pp.1709-1712(1999-9).

Y. Yuminaka, K. Itoh, Y. Sasaki, T. Aoki and T. Higuchi : A Code-Division Multiplexing Technique for Efficient Data Transmission in VLSI Systems, IEICE Trans. Electron., Vol. E82-C, No.~9, pp. 1669-1677(1999-9).

弓仲, 佐々木 : スペクトル拡散技術を用いた高効率情報伝送に基づく情報処理パラダイム, 第3回システムLSI琵琶湖ワークショップ, (1999-11). (第3回システムLSI琵琶湖ワークショップ優秀ポスター賞受賞)賞状 工学部ニュース記事

Y. Yuminaka and Y. Sasaki : An Efficient Data Transmission Technique for VLSI Systems using Code-Division Multiplexing, 1999 IEEE International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems (ISPACS'99), pp.375-378(1999-12).

Y. Yuminaka, O. Katoh, Y. Sasaki, T. Aoki and T. Higuchi : An Efficient Data Transmission Technique for VLSI Systems based on Multiple-Valued Code-Division Multiple Access, Proc. 30th Int. Symp. Multiple-Valued Logic, pp.430-437, Portland(2000-5). (IEEE Outstanding Contributed Paper Award受賞) 工学部ニュース記事

弓仲, 高木, 淡野, 上浦, 穂積 : 第30回多値論理国際シンポジウム報告, 第23回多値論理Forum, No. 12(2000-7).

加藤, 弓仲, 佐々木 : 多値CDMAに基づくチップ内/間通信とその応用, 第23回多値論理Forum, No. 21(2000-7).

高橋, 小林, 小林, 女屋, 傘, 菅原, 高橋, 小暮, 木村, 弓 仲, 田中, 阿部: 折り返し・補間型アーキテクチャを用いた2.0V 200MS/s 8bit CMOS AD 変換器の設計, 電子情報通信学会技術研究報告, ICD2000-77, pp.15-22(2000-9).

H. Kobayashi, M. A. Mohamed Zin, K. Kobayashi, H. San, H. Sato, J. Ichimura, Y. Onaya, Y. Takahashi, Y. Kimura, Y. Yuminaka, Y. Sasaki, K. Tanaka and F. Abe : A High-Speed CMOS Track/Hold Circuit, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Vol. 27, pp.161-170(2001)

Y. Yuminaka and S. Sakamoto : Multiple-Valued Code-Division Multiple Access Techniques for Intra-Chip Communication, The Second Korea-Japan Joint Symposium on Multiple-Valued Logic, pp.117-121, Miyazaki, Aug. 2001.

T. Umeda, H. Tachibana, T. Ikeda, Y. Yuminaka, H. Harauchi, K. Inamura : Practical Use of Newly Watermarking Technique for Medical Image Communication and Archive,'' 87th Scientific Assembly and Annual Meeting of the Radiological Society of North America(RSNA2001) (Nov. 2001)

弓仲 : チップ内/間CDMA通信に基づく高効率情報伝送技術とその応用, 学術振興会[新しいチップ間インターフェース]研究会(2002-4)

弓仲 : チップ内/間CDMA通信に基づく高効率情報伝送技術と その応用,[招待講演] 第15回回路とシステム軽井沢ワークショップ(2002-4)

Y. Yuminaka, T. Morishita, T. Aoki and T. Higuchi : Multiple-Valued Data Recovery Techniques for Band-Limited Channels in VLSI, Proc. 32nd Int. Symp. Multiple-Valued Logic, pp.54-60, Boston, May 2002.

Y. Yuminaka and S. Sakamoto : An Efficient Data Transmission Technique for VLSI Systems using Multiple-Valued Code-Division Multiple Access, IEICE Trans. Electron., Vol. E85-C, No.~8, pp. 1581-1587(2002-8).

森下,弓仲 : 多値データリカバリ技術および次世代通信技術に関する基礎研究, 第33回ニューパラダイムコンピューティング研究会(2002-11).

弓仲 : スペクトル拡散情報処理および群馬アナログ立国構想, 第33回ニューパラダイムコンピューティング研究会(2002-11).

Y. Yuminaka : Efficient Data Transmission Techniques using Intra/Inter-Chip CDMA Communications and Their Applications, Int. Symp. on New paradigm VLSI computing, pp. 21-26(2002-12).

弓仲 : スペクトル拡散情報処理および群馬アナログ立国構想,''[招待講演] 東北大学電気通信研究所講演会第35回ニューパラダイムコンピューティング研究会(2003-3).

弓仲 : 信号処理を用いたチップ内・間高高効率情報伝送技術 〜スペクトル拡散、波形強調、等化, 電気学会ULSIインターコネクト調査専門委員会[高速信号配線技術](2004-3)

Y. Yuminaka, Y. Yoshida, M. Akutsu : High-Speed Data Transmission using Pre-Emphasis and Post-Equalization Techniques and their Optimization, '' 13th International Workshop on Post-Binary ULSI Systems, pp.38-43, Toronto, May 2004.

弓仲 : 高速高効率情報伝送のためのインターフェース技術とその最適化手法, 東北大学電気通信研究所講演会第41回ニューパラダイムコンピューティング研究会(2004-11)

小島弘幸、弓仲康史 : ミキサ回路の非線形歪みの解析とそのダイナミックマッチングを用いた補正技術, 平成16年度電子情報通信学会東京支部学生会発表会, C-12(2005-3)

阿久津正彦、弓仲康史、石原昇 : 多段CMOSピーキングリミッタアンプによる高速電気インターフェースイコライザ回路の構成法, 平成16年度電子情報通信学会総合大会, C-12-18(2005-3)

Y. Iijima, Y. Yuminaka : A high-speed data transmission technique using Tomlinson-Harashima Precoding(THP), 14th International Workshop on Post-Binary ULSI Systems, pp.30-34, Calgary, May 2005.

Y. Yuminaka : Intra/Inter-Chip CDMA Communications for Efficient Data Transmission towards New Paradigm of Computing, Joural of Multiple-Valued Logic \& Soft Computing, Vol.11, pp.603-618, 2005

石原昇、阿久津正彦、弓仲康史 : 光ファイバのモード分散保証を可能とするCMOS高速光受信回路, 平成17年度電子情報通信学会ソサイェティ大会,(2005-9)

望月, 河口, 井口, 弓仲 : 第35回多値論理国際シンポジウム報告, 第28回多値論理Forum, No. 13(2005-9).

弓仲康史、阿久津正彦、吉田幸弘、松村泰成、坪田 雄介 : 多値情報伝送における波形等化技術に関する考察, 多値論理とその応用研究会技術研究報告, MVL06-7, pp.46-52(2006-1)

石原昇、阿久津正彦、弓仲康史 : 広帯域多段CMOSリミッタ増幅回路構成による高速ディジタル信号伝送用イコライザ回路, 電気学会電子回路研究会, ECT-06-43(2006-3).

Y. Yuminaka : A study on equalization techniques for multiple-valued data transmission, 15th International Workshop on Post-Binary ULSI Systems, pp.11-16, Singapore, May 2006.

弓仲 : 第36回多値論理国際シンポジウム報告, 第29回多値論理Forum, No. 14(2006-9).

弓仲 康史, 山村和義, 松村 泰成, 高橋靖典 : 多値信号伝送を指向した波形等化技術に関する考察, 東北大学電気通信研究所講演会第49回ニューパラダイムコンピューティング研究会(2007-1).

弓仲 康史 : 先端アナログ技術に関する教育研究 〜ディジタルを生かすアナログ、群馬アナログ技術立県構想〜, 東北大学電気通信研究所講演会第50回ニューパラダイムコンピューティング研究会(2007-2).

Y. YUMINAKA and K. YAMAMURA : Equalization Techniques for Multiple-Valued Data Transmission and Their Application, Proc. 37rd Int. Symp. Multiple-Valued Logic, Oslo, May 2007.

Y. Yuminaka and K. Yamamura : Equalization Techniques for Multiple-Valued Data Transmission and Their Application,'' Journal of Multiple-Valued Logic & Soft Computing, (Accept)

山村、弓仲 :  3次元積層チップ間誘導結合無線インタフェースを用いた多値信号伝送技術 [優秀発表賞],第30回多値論理Forum, No. 6(2007-8).

弓仲 : 第37回多値論理国際シンポジウム報告,第30回多値論理Forum, No. 7(2007-8).

弓仲 : 時間軸情報に着目した波形整形技術,東北大学電気通信研究所講演会第55回ニューパラダイムコンピューティング研究会(2007-9).

坪田雄介、弓仲康史 : Raised Cosine波形を用いた高速信号伝送技術, 平成19年度電子情報通信学会東京支部学生会発表会, C-12(2008-3)

高橋靖典、弓仲康史 : パルス幅変調プリエンファシスを用いた多値波形等化技術[奨励賞], 平成19年度電子情報通信学会東京支部学生会発表会, C-12(2008-3)

Y. Yuminaka and Y. Takahashi : Time-Domain Pre-Emphasis Techniques for Equalization of Multiple-Valued Data, Proc. 38th Int. Symp. Multiple-Valued Logic, pp.20-24, Dallas, (2008-5)

Y. Yuminaka and Y. Tsubota : High-Speed Data Transmission Techniques using Raised Cosine Approximatino Signaling, 17th International Workshop on Post-Binary ULSI Systems, pp.1-4, Dallas, (2008-5).

Y. Yuminaka and Y. Takahashi : Time-Domain Pre-Emphasis Techniques for Multiple-Valued Data Transmission, Journal of Multiple-Valued Logic and Soft Computing, (submit)

弓仲 : 第38回多値論理国際シンポジウム報告, 第31回多値論理Forum, No. 11(2008-9).

弓仲 : 信号処理と通信技術を用いた高速インタフェース, 東北大学電気情報系グローバルCOEプログラム、第1回超高速・高精度ディジタル信号処理アルゴリズムとシステムに関するワークショップ(2008-10).

高橋靖典、逸見憲一、弓仲康史 : パルス幅変調プリエンファシスを用いた高速多値信号伝送技術, 多値論理とその応用研究会技術研究報告, MVL09-5, pp.28-33(2009-1).

Y. Yuminaka, Y. Takahashi and K. Henmi : Multiple-Valued data transmission based on time-domain pre-emphasis techniques in consideration of higher-order channel effects, Proc. 39th Int. Symp. Multiple-Valued Logic (submit), 2009


 


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