Mitsuyama Lab

システムLSIの研究

 密山研究室では身の回りにある情報機器に不可欠なメディア通信処理を効率良く実現する、システムLSIに関する研究を行っています。
 特に、必要に応じて自由に機能を変更することができる動的再構成可能ハードウェア（やわらかいハードウェアとも呼ばれています）に注目し、
 再構成可能システムLSIの回路構成・設計といった基礎的な研究からその応用に至るまで、幅広く取り組んでいます。

論理回路の設計

こちらは論理回路を集積化したデジタルチップの写真です。主にAI向けの計算機の設計をしています。研究室の学生が設計した論理集積回路を発注し、届いた回路が正常に動作するか、エネルギー効率は良いかなどテストをします。

AIでプログラムを処理するFPGAの研究

FPGAを使って自動でプログラムを処理する人工知能の研究を行っています。FPGAとは製造後に購入者や設計者が構成を設定できる集積回路のことです。このように書き換え可能な集積回路をPLD（プログラマブルロジックデバイス）といい、再利用や修正が可能なため、設計・検証コストを大幅に削減することができます！将来的にはカメラなどで人を自動で検知できるシステムの開発を目指しています。

デジタルとは？

デジタルとは、情報を保存、伝送するとき、離散的な値で表現する方式のことを言います。即ち、デジタル回路はデータのやり取りをデジタル信号で行う回路と言えます。例えば、電圧などの連続した値を信号としたとき、デジタル回路は入力された電圧を０、１で出力します。

論理回路とは

論理回路は入力された信号を２進数の０、１で出力する電子回路です。基本はAND（直列）回路、OR（並列）回路、NOT（反転）回路の呼ばれる回路の組み合わせからなります。コンピュータはほとんどが集積された論理回路から構成されており、コンピュータにはなくてはならない存在です。論理回路はデジタル回路とも呼ばれています。

オープンキャンパス風景

自動運転

カメラからの景色

オープンキャンパス

オープンキャンパスで、操作なし！自動運転で走らせてみました。→　→　

誰も操作していないのに..勝手に動いてる？
　リモコン操作もしてません．

カメラに映る周囲の情報を読み取って、特定の動作をするように回路の中に情報を作り書いています。情報を書くというのはプログラミングで設計します！

「どうしてだろう？」と説明を聞いている学生さんから、親御さんまでとても熱心に聞かれている方もいました！

自動運転システムを実現

ここで少し専門的な話をすると、環境の情報を読み取るとき、
実際、外はいろんな物や色がたくさん存在していて、認識した時の画像処理は大変です。
　そこで必要とされるのが、高い処理性能とバッテリーの長期間使用を可能にするために低消費電力化が必須！
　これらを可能にさせるためにCPU(ソフトウェア)とFPGA(ハードウェア)を組み合わせ、プログラマブルSoCというLSIを使っています。

　多くの色や物が存在して画像処理が大変であるが、それらをどのようにして処理されているのか？
　それは「カラー」を「モノクロ」に変換されてカメラから読み取られます。
モノクロにすることによって起こるメリットは、そのまま読み込みをしてから処理するよりも２色に色が減少することで、画像の重さが軽くなり処理速度の効率が良くなります。
　このカメラからは写真のような見え方をしていて、読み取る情報の中でも線に従って、カーブや直線の道を進むようにプログラミングでLSIに情報を与えます。（動作基準となっている白線はモノクロにしたときの白色で表されます！）

☆ 自動運転の写真に映っているもう一つのロボットはまだ具体的な研究にはなっていませんが、今後このロボットを使った研究も考えています！！

図１CPU動作

CPUとFPGA

まず、CPUでは設計が簡単で利用しやすいです。
しかし、消費電力も高く、図１のように同じ動作を繰り返さなければならなく処理が遅くなります。
例：０＋１＝１→１＋１＝２→２＋１＝３．．．．．

FPGAでは、消費電力も低い上に、動作が簡単なので処理が速くなります。
たとえば複数の数字の計算を同時に行えます。
例：１＋１＋１＝３
ただしプログラミングの数が多くなってしまうので、複雑な処理には最適ではありません。

CPUは複雑処理に向いていて、FPGAは単純で膨大な処理に最適です。場合によって使い分けたり組み合わせていくことで、処理の効率化をUPさせることが可能です。