学位論文審査報告

1)乗
算 器 へ の 入 力 ベ ク タ 間 に 相 関 が な く と も乗 算 器 を
構 成 す る1ビ
学 位 論 文 審 査 報 告
ッ ト加 算 器 の 入 力 中 に は,乗
算器 の構 造 に依
存 した 時 間 的 ・空 間 的 な 相 関 が 現 れ る.事
前 に1ビ
ッ ト加
算 器 へ の 入 力 の 特 徴 に よ っ て 消 費 電 力 が 異 な る1ビ
ッ ト加
算 器 セ ル を複 数 用 意 して お く.乗 算 器 へ 実 際 の 入 力 パ タ ン
氏 名(本
籍)室
山
真
徳(熊
学 位 記 ・
番 号
シ情
学 位 授 与 の 日付
平 成20年1月31日
を与 え た 時,各1ビ
本 県)
博 甲 第329号(工
力 最 小 と な る セ ル の 選 択 と 入 力 端 子 の 繋 ぎ換 え を 同 時 に 行
学)
う低 消 費 乗 算 器 設 計 技 術 を 提 案 した.4ビ
学 位 論 文 題 名HierarchicalLow-PowerVLSIDesign
列 乗 算 器 で 最 大31.1%の
算 器の みで
TransitionBehavior
設 計 す る 際 に 提 案 手 法 は 適 用 可 能 で あ る.
州大 学
教
授
2)命
令 や デー タ中に存 在 す る局所性 が オ フチ ップバ ス
へ の 入 力 に 影 響 を 与 え る .デ ー タ で は特 に絶 対 値 が 小 さ い
計 手 法)
数 が 多 く現 れ る 点 に着 目 した.絶
対 値 が 小 さい 数 の 表 現 に
安
浦
寛
人
は 少 な い ビ ッ トで 十 分 で あ り,残
りの 符 号 拡 張 部 分 は 冗 長
論 文調 査委 員
(副
電 力 削 減 が で きた.乗
TechniquesConsideringInputSignal
的 低 消 費 電 力VLSI設
査)九
ッ トア レ イ型 並
な く,加 算 器 を は じめ と した 算 術 演 算 回 路 を セ ル ベ ー ス で
(入 力 信 号 遷 移 の 振 舞 い を 考 慮 した 階 層
(主
ッ ト加 算 器 に 対 し て 入 力 を 考 慮 して 電
〃
佐
藤
寿
倫
で あ る.し
〃
〃
准教授
松
永
裕
介
し ま う.符 号 拡 張 な ど を 除 い た 必 要 な ビ ッ トを ア ク テ ィ ブ
〃
〃
〃
石
原
亨
ビ ッ ト と 定 義 し,プ
査)〃
か し,バ ス は そ の 冗 長 部 分 で も電 力 を 消 費 して
ロ グ ラ ム実 行 中 に動 的 に ア クテ ィブ
ビ ッ トを検 出 して ア ク テ ィ ブ ビ ッ ト以 外 の ビ ッ トに 関 わ る
論
文
内 容
の
要
旨
動 作 を ゲ ー テ ィ ッ ドク ロ ッ ク で 止 め る こ と で 低 電 力 化 を 実
我 々の 電子化 社会 の基 盤 を成す 集積 回路 は適 用範 囲が広
く な る に つ れ 今 後 も増 え る と予 想 さ れ,エ
熱 対 策,バ
ネ ルギ ー問題
現 した.命
令 に つ い て 言 え ば命 令 コ ー ド,レ ジ ス タ 番 号,
即 値 の 部 分 な どに 局 所 性 が 現 れ,こ
ッテ リー持 続 時 間延 長 お よび機 能 追 加 な どの
バ ス を低 電 力 化 し た.プ
の 部 分 を考 慮 して 命 令
ログ ラム実行 時 に現 れる数値 な ど
ニ ー ズ を背 景 と した 集 積 回路 の 低 消 費 電 力 ・低 消 費 エ ネ ル
の 出現 分 布 の 偏 りを 動 的 に 利 用 して い る点 が 大 き な 特 徴 で
ギ ー 化 へ の 早 急 な対 応 が 必 要 と な っ て い る.ト
ラ ンジ ス タ
あ る.ま
な どか ら構 成 さ れ る デ ジ タ ル 集 積 回 路(LSI)は
必ず 電気
た,効
果 を 上 げ る た め に 命 令 コ ー ドお よ び レ ジ ス
タ番 号 の 再 割 当 手 法 も提 案 して い る.デ
信 号 と して 入 力 を 受 け取 り,計 算 ・記 憶 ・転 送 ・制 御 を 行
54.2%,命
う.つ
こ の 考 え 方 はバ ス の み で は く,メ モ リや 乗 算 器 な ど に も適
ま り,LSIか
削 減 技 術,ま
ら成 る システ ムへ の入力 を考 えた電 力
た は 逆 に シ ス テ ム に 対 し低 消 費 電 力 と な る よ
う な 入 力 を考 え る こ とは あ ら ゆ る シ ス テ ム を対 象 と した 低
令 バ ス は 最 大 で29.1%の
ー タバ ス は 最 大 で
電 力 削 減 と な っ て い る.
用 可 能 で あ る.
3)製
造 プ ロ セ ス ・電 源 電 圧 ・温 度 な ど に 起 因 す る ば ら
消 費 電 力 化 を 考 え る 上 で 本 質 的 に 重 要 で あ る 。CMOS論
つ きが オ ンチ ッ プ バ ス へ の 入 力 信 号 到 着 時 間 に 与 え る影 響
理 回 路 に お け る消 費 電 力 は トラ ン ジ ス タ の 出 力 負 荷 を 充 放
を考 え,そ
電 す る 回 数(ス
充 放 電 す る た め の 電 力 に 与 え る 影 響 を解 析 した.解
イ ッチ ン グ 回 数)に
比 例 し,本 研 究 で は ス
れ が 微 細 化 に 伴 う配 線 間 の カ ッ プ リ ン グ 容 量 を
イ ッチ ン グ 回 数 を 削 減 す る た め に入 力 の 特 徴 を利 用 す る こ
果,バ
と を提 案 して い る.こ
隣 り合 うバ ス の 遷 移 パ タ ンが 同 じで あ る 同 相 の 信 号 遷 移 の
れ ま で,低
消 費電 力化 の分 野で は主
ス へ の 入 力 が ラ ン ダ ム の場 合(よ
析 の結
に どの よ う な 入 力 に対 して も効 果 の あ る低 消 費 電 力 化 技 術
確 率 が,隣
が 求 め られ 研 究 され 利 用 され て き た が,最
遷 移 の 確 率 に 近 い 場 合)に
早 そ れで だけ は
り正 確 に 言 え ば,
り合 うバ ス の 遷 移 パ タ ンが 逆 で あ る逆 相 の信 号
は入 力信 号到 着 時間 のず れの影
ニ ー ズ を満 足 で き な い 。 更 な る 電 力 削 減 の た め に積 極 的 に
響 が 消 費 電 力 に影 響 を 与 え な い こ とが 分 か っ た.実
入 力 の 特 徴 を利 用 す る 必 要 が あ る,入 力 を 階 層 化 し,そ
プ リ ケ ー シ ョ ンMPEG2デ
れ
際のア
コ ー ダ の 信 号 遷 移 の パ タ ン で は,
ら階 層 間 の 影 響 を利 用 した 低 消 費 電 力 化 の 枠 組 み を提 供 し
ラ ン ダ ム の 場 合 と異 な りば ら つ きが 消 費 電 力 に影 響 を 与 え
て い る.入 力 は ア ル ゴ リ ズ ム レベ ル(記
ー ド レベ
る こ と を明 らか に した 。 また,ば
ンポ ー ネ
る も し くは で き な い と き の 条 件 を示 し,入 力 信 号 の 特 徴 や
ス や メ モ リ な どへ の 入 力
ば らつ き の 大 き さ に よ っ て は 少 な い 計 算 時 間 で 精 度 よ く消
ル(プ
ロ グ ラ ム,ア
ン ト レベ ル(CPU,乗
ベ ク タ),サ
セ ン ブ ラ な どの コ ー ド),コ
算 器,バ
ブ コ ン ポ ー ネ ン ト レ ベ ル(1ビ
メ モ リセ ル な どへ の 入 力 ベ ク タ)お
し た信 号(温
述),コ
ッ ト加 算 器 や
よび物理 的特 性 に依存
度 や プ ロ セ ス 等 の ば らつ き,配 線 間 の カ ップ
リ ン グ 容 量 の 影 響 を 考 え た 入 力 信 号)に
階 層 化 で き る.階
層 を跨 っ た 具 体 的 な 技 術 と して 以 下 の3つ
を提 案 す る.
らつ きの 影 響 が 無 視 で き
費 電 力 が 計 算 で き る 方 法 も提 案 した,既
号 化(Buslnvert符
存 の 低 電 力 バ ス符
号 化 と提 案 して い る ア ク テ ィブ ビ ッ ト
を 考 慮 した 符 号 化)を
適 用 す る と 電 力 ば らつ きの 原 因 で
あ っ た 同相 の 遷 移 も削 減 で き る の で,符
号 化適 用後 に は入
力 信 号 到 着 時 間 の ず れ の ば らつ き に起 因 す る 電 力 ば らつ き
が 抑 え ら れ る こ と を シ ミュ レー シ ョ ンで 確 認 した 。 ば ら つ
性 に注 目 し,プ
きの 原 因(同 相 も し くは 逆 相 の 遷 移 の 影 響)を
偏 り を動 的 に利 用 して ス イ ッチ ン グ 回 数 を 削 減 し て い る,
解 析 し,そ
ログ ラム実行 時 に現れ る数値 の 出現分 布 の
の 遷 移 を揮 え る 符 号 化 を 適 切 に用 い る こ とで 電 力 の ば ら つ
こ れ らの 手 法 に よ り,マ ル チ メ デ ィ ア 処 理 な どの 実 用 的 な
き も抑 え られ る こ と を 明 ら か に して い る.前 述 の2つ
応 用 に 対 し,対
術 と 異 な り,こ
の技
こ で は入 力 信 号 の 到 着 時 刻 が 確 率 的 に 分 布
す る 非 決 定 性 モ デ ル を 考 え て い る 点 が 新 しい.微
細 化が 進
力 信 号 の 振 舞 い の 特 徴 を 利 用 して ス
イ ッチ ン グ 回 数 の 削 減 を行 う手 法 を 提 案 して い る 。 提 案 手
法 は,他
ら30%
程 度 の 消 費 電 力 の 削 減 が 可 能 で あ る こ と を 多 く の シ ミュ
レ ー シ ョ ン に よ っ て 実 証 して い る,入
力 の 振 る 舞 い に柔 軟
に対 応 で き る 適 応 的 な 電 力 削 減 手 法 の 提 案 と して 評 価 で き
む と よ り必 要 に な る と思 わ れ る 考 え 方 で あ る.
以 上 の よ う に,入
象 とす る バ ス 部 分 に お い て20%か
る。
最 後 に,著
者 は,製
造 プ ロ セ ス ・電 源 電 圧 ・温 度 な ど に
起 因 す る ば らつ きが オ ンチ ッ プ バ ス の 入 力 信 号 到 着 時 間 に
の 直 交 す る 技 術 と の 組 み 合 わ せ が 容 易 で,VLSI
の 更 な る 低 消 費 電 力 化 に寄 与 す る技 術 で あ る.
与 え る影 響 を 考 え,そ
れ が 微 細 化 に伴 う 配 線 間 の カ ッ プ リ
ング 容 量 を 充 放 電 す る た め の 電 力 に 与 え る 影 響 を解 析 して
論
文
調
査
の 要
旨
い る 、 具 体 的 に,MPEG2デ
現 代 の 市 民 生 活 は 多 くの デ ィ ジ タル シ ス テ ム に よ っ て 支
え ら れ て お り,そ の 中核 部 分 を担 うデ ィ ジ タ ルVLSIの
費 電 力 は,バ
消
ッテ リ ー 寿 命 等 の 機 器 の 性 能 を左 右 す る だ け
コ ー ダ で は,連
続 す るパ タン
間 の 相 関 が 強 い た め 遅 延 の ば らつ きが 消 費 電 力 に 大 きな 影
響 を与 え る こ と を明 らか に して い る.ま
響 を考 慮 して,少
た,ば
らつ きの 影
な い 計 算 時 間 で 精 度 よ く消 費 電 力 を 見 積
で な く,機 器 の 発 熱 対 策 や 地 球 レベ ル の 環 境 問 題 に も関 係
もる 方 法 も提 案 し て い る.入
力信 号の到 着 時刻が確 率 的 に
す る重 要 な 技 術 課 題 と な っ て い る.デ
分 布 す る モ デ ル に よ っ て,今
後 さ ら に進 む微 細 化 に対 応 し
本 回 路 で あ るCMOS論
ィ ジ タ ルVLSIの
理 回 路 の 消 費 電 力 は,回
子 の ス イ ッチ ン グ 回 数 に 比 例 す る.本
費 電 力 を 削 減 す る た め に,回
基
路内の素
論 文 は,VLSIの
消
路 内 の ス イ ッチ ン グ 回 数 を 削
た 消 費 電 力 の 解 析 技 術 と し て 注 目に 値 す る.
以 上 を要 約 す る と,本 研 究 は,デ
ィ ジタル システ ム にお
け る 消 費 電 力 の 削 減 に対 し,入 力 の 偏 りや シ ス テ ム の 階 層
減 す る 技 術 を多 角 的 に検 討 し,回 路 へ の 入 力 の 性 質 を考 慮
を意 識 した 新 しい 電 力 削 減 手 法 と 解 析 手 法 を提 案 した もの
し た 設 計 法 と解 析 手 法 を 提 案 して い る.ア
で あ り,情 報 工 学 に 寄 与 す る と こ ろ が 大 きい.よ
ル,プ
ロ グ ラ ム レ ベ ル,CPUや
ト レ ベ ル,1ビ
ル ゴ リ ズ ム レベ
演 算器 等 の コ ンポ ー ネ ン
論 文 は 博 士(工
学)の
っ て,本
学 位 論 文 に 値 す る と認 め る,
ッ ト加 算 器 や メ モ リ セ ル な ど の サ ブ コ ン
ポ ー ネ ン ト レベ ル,ト
ランジス タレベ ルな どの回路 の 階層
を意 識 し,階 層 問 を跨 が っ た 系 統 的 な 手 法 を考 案 し,そ の
氏 名(本
効 果 を実 証 した 点 で 評 価 で き る.
籍)秦
肇(申
国)
学 位 記 番 号
シ情
る乗 算 回 路 に 村 し,各 加 算 器 の 入 力 間 に 存 在 す る 時 間 的 ・
学 位 授 与 の 臼付
平 成2o年3月25日
空 間 的 な 相 関 に注 目 して い る 。 こ の 相 関 を利 用 して 加 算 器
学 位 論 文 題 名SubspaceldentificationandPredictive
まず,著
者 は,1ビ
ッ ト加 算 器 を 組 み 合 わ せ て 構 成 され
ル 内 の 電 力 消 費 を大 き く削 減 で き る こ と を示 し
(部 分 空 間 法 を 用 い た デ ュ ア ル レ ー トシ
ス テ ム の 同 定 と予 測 制 御)
て い る.具 体 的 な 構 成 法 を 考 案 し,実 際 の 乗 算 回 路 を構 成
して,7%か
ら3o%の
消 費電 力 の劇減 が 可能 で ある こ とを
実 験 的 に示 し て い る.本
手 法 は,規
論 文調査 委 員
則 的 な構 造 で 構 成 さ れ
(主
査)九
る 算 術 演 算 園 路 等 の 低 消 費 電 力 化 に 広 く適 用 で き る技 術 で
く
副
査)'〃
チ ッ プ 問 の 通 信 は,チ
州大学
〃
あ り,実 用 的 な 提 案 と して 評 価 で き る 。
ッ プ 内 通 信 に 比 べ2桁
者 は,プ
か ら3桁 大
ロ セ ッサ の 命 令
論
In
many
や デ ー タ 申 に存 在 す る 局 所 性 に起 因 す る オ フチ ッ プ バ ス の
chemical
ス イ ッチ ン グ の 特 徴 に 着 目 し,こ の 特 徴 を 利 用 し た オ フ
measurements
チ ップ バ ス の ス イ ッチ ン グ 回 数 の 削 減 手 法 を提 案 して い る.
leading
デ ー タ で は,絶
addresses
対 値 が 小 さ い 数 が 多 く現 れ る 点 に着 目 し,
数値 の上 位桁 に対応 す る符 号拡 張部 分 の冗長 なス イ ッチ ン
グ を 排 除 す る技 術 を考 案 した.命
ド,レ ジ ス タ 番 号,即
令 に つ い て は,命
令 コー
値 な ど を 表 す 命 令 フ ィ ー ル ドの 局 所
control
The
engineer
教
授
ク
きい 電 力 を 消 費 し,シ ス テ ム 全 体 の 電 力 消 費 に大 きな 影 響
を与 え る こ と が 知 られ て い る.著
術)
ControlforGeneralDua1-rateSystems
の セ ル構 造 の 選 択 と交 換 可 能 な 入 力 の 接 続 方 法 を 工 夫 す る
こ とで,セ
博 甲 第330号(学
文
田
二
宮
〃
川
邊
内 容
applications
need
general
the
be
to identify
control
the
清
保
武
俊
旨
mechanical,
signals
sampled
dual-rate
and
systems.
dual-rate
design
plant
under
This
and
and
output
at different
identification
for general
predictive
要
control
to
subspace
problems
の
of electrical,
engineering,
to
和
〃
rates,
work
predictive
systems.
problem
control.
requires
the
It is well
known that most system identification algorithms are
design and the subspace
only confined to single-rate systems. However, dual-rate
are reviewed.
systems are periodically time-varying systems due to the
the linear predictors
input and output sampling periods. Thus an isomorphism
the predictive
obtain causal predictors,
obtained by using the lifting technique. The isomorphism
lifted models.
is the so-called lifted system.
is proposed
significant
interest
in developing
methodology for lifted systems.
an
identification
This research exploits
matrices.
lifted
control for LTI plants.
A novel method
By using
models
the subspace
achieve enforced causal lifted state-space models.
combining the subspace identification and the predictive
for the
the predictors
causal
predictors
Then
subspace
for
the subspace
based GPC control and
based GPC with constraints
Chapter
5 gives the conclusions
provides the suggestions
handling
are
of this research
and
for the future researches.
In subspace predictive control design,
論
linear predictors that can predict the output of systems
under control are established by using subspace method.
However,
it cannot
discussed for the dual-rate systems.
The subspace predictive control is developed by
control design.
of forming
this method,
based LQG predictive,
Because
based on the lifted system
can be established.
for the causality constraints
data to realize
the SPC is not available
in this chapter
subspace identification method which explicitly accounts
of the lifted systems to
control design
from the input-output
from general dual-rate systems to single-rate ones can be
Recently, there has been
based predictive
It was claimed that the SPC could derive
the
subspace
predictive
control
is not
制 御 に お い て,通
文
調
査
の
要
旨
常 入 力 信 号 と出 力 信 号 は 同 一 の サ ン プ
リ ン グ周 期 で サ ンプ ル され る が,物
理 的 な制約 や経 済上 の
compatible to lifted systems because the linear predictors
観 点 か ら入 力 と 出 力 を 異 な っ た サ ン プ リ ン グ周 期 で サ ン プ
of the typical subspace predictive control design cannot
ル す る こ とが 必 要 な 場 合 が あ る.こ
satisfy the causality constrains associated with lifted
ル 値 系 を デ ュ ア ル レ ー トシ ス テ ム と言 う.デ
systems. Based on the system matrices of the enforced
シ ス テ ム は 周 期 時 変 系 で あ り,時 不 変 系 を 前 提 と す る通 常
causal lifted
の 同 定 手 法 や 制 御 手 法 を適 用 す る こ と は 出 来 な い.
state-space
models, a computationally
efficient method of establishing predictors is proposed in
this thesis.
本 論 文 は,単
の よ う な場 合 の サ ン プ
ュ アル レー ト
一 入 出 力 デ ュ ア ル レ ー トシ ス テ ム を 離 散 時
Then with the predictors, the predictive
間 リ フ テ ィ ン グ手 法 に よ っ て 多 入 力 多 出 力 時 不 変 シ ス テ ム
control design for general dual-rate systems can be
に 変 換 し,こ の 変 換 さ れ た シ ス テ ム に 対 す る 同 定 と予 測 制
solved as a general predictive control problem.
御 に つ い て 研 究 した もの で あ り,下 記 の よ う な 成 果 を得 て
This dissertation consists of 5 chapters. Contents of
each chapter are briefly described as follows:
著 者 は まず,入
Chapter 1 introduces the backgrounds of dual-rate
systems,
subspace
identification
methods
い る.
(SIMs) ,
力 と出力 のサ ンプ リング周期 が 整数倍 で
は な く有 理 数 と な る 場 合 に つ い て,離
subspace based predictive control, the motivation and
ル を 求 め,整
outline of this research.
に 対 応 す る 行 列Dが
In Chapter
2, general
dual-rate
systems
are
described. Then the lifting technique is introduced.
散 時 間 リフテ ィ ング
手 法 を用 い て 多 入 力 多 出 力 時 不 変 シ ス テ ム の状 態 空 間 モ デ
数 倍 の 場 合 と同 様 に 入 力 か ら 出 力 へ の 直 達 項
ブ ロ ッ ク 下 三 角 行 列 で な け れ ば,因
果 律 が 成 り立 た な い こ と を 指 摘 し て い る.
リ フ テ ィ ン グ手 法 に よ っ て 得 ら れ た 多 入 力 多 出 力 シ ス テ
Based on the lifting technique, lifted models for the
ム の 状 態 空 間 モ デ ル の 同 定 手 法 と して は,可
general dual-rate systems are formulated. The important
用 い た 同 定 手 法 と部 分 空 間 法 に よ る 同 定 法 が 考 え ら れ る.
property of the lifted model is that it is a linear timeinvariant and single-rate system.
可 観 測 正 準 形 を用 い た 同 定 手 法 で は,可
In Chapter 3, the subspace identification methods are
困 難 で あ る こ と,指
観測 指数 の推 定が
数 の 推 定 誤 差 が 同 定 結 果 に決 定 的 な 影
響 を与 え る こ とが 知 られ て い る.一
方,部
分 空 間法 に よる
reviewed. Although SIMs are sufficient for identification
同 定 で は,可
problems of linear systems, it cannot handle causality
constraints in the lifted model raised by lifting technique.
果 律 の 制 約 を 考 慮 す る こ とが 必 要 とな る.そ
Therefore, a modified SIM algorithm is proposed to
ル の 係 数 行 列A,B,C,Dの
identify the lifted models based on dual-rate input-output
Bと 出 力 方 程 式 の 係 数 行 列C,Dに
data with respect to the causality constraints.
行 列Dを
The
numerical results are given.
In Chapter 4, the model based predictive control
観測 正準 形 を
観 測 指 数 を推 定 し な くて も良 い 代 わ りに,因
こ で 著 者 は,
通 常 の部分 空間 同定法 で は一括 して行 われ る状態 空 間モ デ
推 定 を状 態 方 程 式 の 係 数 行 列A,
分 割 して,C,Dの
推定に
ブ ロ ッ ク 下 三 角 化 す る操 作 を 付 加 し た 修 正 部 分
空 間 法 を提 案 し,数 値 シ ミ ュ レー シ ョ ン に よ っ て こ の 提 案
手 法 が 因 果 律 を満 た す 工 学 的 に 有 効 な モ デ ル を与 え る こ と
倣 で きる シ ミ ュ レー ター の 存 在 を要 求 す る.そ
を確 認、
して い る.
次 に 著 者 は,部
分 空 間 法 に 基 づ く予 測 制 御(Subspace
basedPredicitiveContro1:SPC)の
デ ュ ア ル レ ー トシ ス テ
ム へ の 適 用 に つ い て 検 討 して い る.SPCは,通
常のモデ
の 定 義 に は,
ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス シ ミ ュ レ ー シ ョ ンZK(BSZK)と
非 ブ
ラ ッ ク ボ ッ ク ス シ ミ ュ レー シesンZK(Non-BSZK)の2種
類 が 存 在 す る.BSZKは,任
意 の 悪 意 の あ る検 証 者 を ブ
ル予測 制御 に不 可 欠 なモデ ルの 同定 を陽 に行わ ず に制御則
ラ ッ ク ボ ッ ク ス と して 使 用 す る 単 一 の シ ミュ レ ー タ ー の 存
を 求 め る 手 法 で あ る が,こ
在 を 要 求 す る。 こ こで,「 ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス と し て 使 用 す
のSPCを
テ ム に 適 用 し よ う とす る と,こ
じ る.そ
こ で,こ
デ ュ ア ル レ ー トシ ス
の場合 も因果律 の問 題が 生
の 問 題 を 解 決 す る た め に,SPCで
は陰
に モ デ ル の 同 定 が 行 わ れ て い る こ と に 着 目 して,出
力 の予
る 」 は,検
証 者 の プ ロ グ ラ ム の 入 出 力 だ け を参 照 し,そ の
コー ド自体 は参 照 し な い こ と を意 味 す る 。 そ れ に 対 して,
Non・BSZKで
は,任
意 の 悪 意 の あ る検 証 者 を非 ブ ラ ック
測 器 の 構 成 に 因 果 律 を 考 慮 で き る よ う に 拡 張 したSPCを
ボ ッ ク ス と して 使 用 す る 単 一 の シ ミ ュ レ ー タ ー の 存 在 を 要
提 案 し,数 値 シ ミュ レー シ ョ ン に よ っ て 提 案 手 法 の 制 御 性
求 す る.こ
能 を 検 討 し て い る.
は,プ
最 後 に 著 者 は,SPCの
拡 張 に 用 い た 考 え 方 を,確
率的
こ で,「 非 ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス と し て 使 用 す るj
ロ グ ラ ム 解 析 な ど に よ り検 証 者 の コ ー ドを参 照 して
も よ い こ と を 意 味 す る.従
っ て,NCR-BSZKの
外 乱 を 考 慮 す る 一 般 化 予 測 制 御(GeneralizedPC:GPC)
は,BSZKの
に適 用 す る こ と に よ り,デ ュ ア ル レー トシ ス テ ム に 対 す る
提 案 さ れ て い る ほ と ん どのZKプ
部 分 空 間 法 に 基 づ くGPCを
下 で 証 明 さ れ て い る.し
提 案 し,数 値 シ ミ ュ レ ー シfi
ン に よ っ て この 部 分 空 間 法 に 基 づ くGPCの
対 す る 有 効 性 を検 証 して い る 、 さ ら に,入
制 約 を 課 したGPC問
確 率的 外乱 に
出力 の大 きさに
題 を2次 計 画 問 題 に 帰 着 させ て 解 く方
定 義 よ り も弱 い.そ
回 数(ラ
ウ ン ド数)が
BSZKの
よ っ て 検 証 し て い る.
定 義 と し て,Non-BSZKが
以 上 要 す る に,本
論 文 は デ ュ ア ル レー トシ ス テ ム の 同 定
散時 間 リフ
テ ィ ン グ に よ り生 ず る 因 果 律 の 問 題 を 解 決 す る 手 法 を提 案
は な いZKプ
本 論 文 は6章
か ら構 成 され る.ま
り,本 研 究 の 背 景 と 蟹 的,本
で あ り,制 御 工 学 に 寄 与 す る と こ ろ が 大 きい.よ
第2章
論 文 は 博 士(学
術)の
学 位 論 文 に 値 す る もの と認 め る。
第3章
籍)羽
田
知
史(京
シ情
学 位 授 与 の 日付
平 成20年3月25日
計 す る.こ
ン ドのNon-BSZKプ
コ ル に 関 す る 研 究)
BSZKの
(副
査)〃
〃
〃
た,秘
櫻
井
幸
一
ク
由
下
雅
史
〃
竹
内
純
一
文
内 容
の
ゼ ロ 知 識(Zero-Knowledge,ZK)プwト
要
場 合 は 少 な く と も4ラ
語 に 対 し て3ラ
ウ ン ドが 必 要 で あ る.従
あ る がBSZKで
算 違章 で は,検
合 のZKプTrト
コ ル を扱 う.ま
悪 意 の あ る 検 証 者 が,受
コ ル と は,相
は な いZKプ
た,入
っ
ロ トコ ル は
力 と出力 の間の相 関
間の プ
ム を解 析 して も,シ
ミ ュ レ ー シ5ン
察 に基 づ き,自 明 な 言 語(確
て 認 識 可 能 なBPP言
意 の悪 意 のあ る検 証者 が 与 え られ
の 検 証 者 が 証 明 者 との 通 信 か ら得 る情 報 を模
Non-BSZKプ
存 在 を仮 定 す る.
信 した メ ッセ ー ジ か ら相 関 不 能 関
数 を用 い て メ ッセ ー ジ を 生 成 す る場 合,検
い る 、ZKの
た と き に,そ
ウ
証者 の メ ッセー ジが単 なる乱数 であ る場
ロ トコ ル で あ り,暗 号 理 論 の 分 野 で 重 要 な 役 割 を果 た して
定 義 は,任
ロ トコ ル を 設
存 在 す る と 結 論 づ け られ る.
旨
手 に付 加 的 な情 報 を 漏 ら さ ず に命 題 を 証 明 す る2者
密の 乱数 を
ロ トコ ル が 存 在 す る こ と を証 明 す る,
が 消失 す る ような 関数 〈
相 関 不 能 関 数)の
論
を生 成 で
の 仮 定 の 下 で は,
密 の 乱 数 が 得 ら れ れ ば,
の ア イ デ ア に 基 づ き,NP書
て,Non-BSZKで
授
た,離 散 対 数
数 を 知 らず にDiffie-Kellman鍵
シ ミ ュ レ ー シ ョ ンが 容 易 に な る よ う にZKプ
(非 ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス の ゼ ロ 知 識 プ ロ ト
教
を扱 う.ま
い う計 算 量 的 仮 定 を用 い る.こ
KRowledgeProtocolS
州大 学
定 義 付 け を行 い,
ロ トxル
取 り出 す こ とが で き る.ま
論 文調 査委 員
査)九
は序論 で あ
悪 意 の あ る検 証 者 の プ ロ グ ラ ム を 解 析 して,秘
報 科 学)
学 位 論 文 題 名AStudyofNon-Black-BoxZer()-
(主
ず,第1章
で は,検 証 者 が 秘 密 の 乱 数 を使 用 し て メ ッセ ー ジ
き な い,と
都 府)
博 甲 第331号(情
論 文 は,
ロ トxル が 存 在
論 文 の 結 果 の 概 要 を 述 べ る.
に お い て,BSZKやNon-BSZKの
問 題 に お い て,指
学 位 記 番 号
り弱 いZKの
本 研 究 で 扱 う基 本 問 題 を 形 式 的 に 述 べ る 。
を生 成 す る場 合 のZKプ
氏 名(本
近 で は,
い う基 本 問 題 の 研 究 で あ る.
し,そ の 有 効 性 を数 値 シ ミュ レ ー シ ョ ン に て 検 証 した も の
っ て,本
信
ロ トコ ル の 設 計 を 目的
注 目 さ れ て い る.本
あ る がBSZKで
す る か?と
の た め,最
質 的 な 安 全 性 を犠 牲 に しな い,よ
Non-BSZKで
定義
は 必 要 で あ る な ど,理 論 的
限 界 を 超 え る よ うなZKプ
法 を提 案 し,そ の 理 論 的 妥 当 性 を 数 値 シ ミュ レ ー シ ョ ン に
来
定 義 下 で は,通
限 界 も あ き ら か に な っ て い る,こ
と し て,実
と予 測 制 御 に部 分 空 間 法 を適 用 す る場 合 に,離
ロ トrrル がBSZKの
か し,BSZKの
最 低4回
定義 の要 求
れ に もか か わ らず,従
証 者 の プロ グラ
は 困 難 で あ る.こ
の考
率 的 チ ュ ー リ ン グ機 械 に よ っ
語 〉 に 対 し て だ け,定
数 ラ ウ ン ドの
ロ トコ ル が 存 在 す る こ と を証 明 す る.同
様の
結 果 は,BSZKプ
ロ トコ ル で も成 り立 つ.従
っ て,定
数 ラ
量 的 仮 定(Knowledge-of-ExponentAssumption,KEA)
ウ ン ドのZKプ
ロ ト コ ル に 限 定 した 場 合 は,Non-BSZKで
か ら導 出 で き る こ と を,理 論 的 に 証 明 して い る.こ
あ る がBSZKで
は な いZKプ
トコ ル は,検 証 者 が 秘 密 の 乱 数 を 用 い る タ イ プ の もの で あ
ロ トコ ル は 存 在 しな い と結 論
づ け ら れ る.
第5章
り,通 常
で は,検
あ る 場 合 のZKプ
模 倣 を行 う た め に は,悪
の プロ
意 のあ る検証 者 の秘密
証 者 の メ ッセ ー ジが 単 な る公 開 の 乱 数 で
の 乱 数 を 抽 出 す る 必 要 が あ る.BZKプ
ロ トコ ル に 関 して,上
義 に よ り検 証 者 を ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス と し て扱 う 必 要 が あ る
解 決 さ れ る 場 合,擬
記 問題 が肯 定 的 に
似 ラン ダム関数 の プロ グラム の難読 化
に 関 し て ど の よ う な 結 果 が 得 ら れ る か を議 論 す る.プ
ラ ム の 難 読 化 と は,機
ログ
能 を保 持 し た ま ま,理 解 しに くい プ
ロ グ ラ ム に 変 換 す る技 術 で あ る.ま
た,擬
似 ラ ンダム 関数
の で,抽
出 の た め に は,知
証 者 が2回
ロ トコ ル で は,定
識 の 証 明 と い う概 念 に 基 づ き検
の メ ッ セ ー ジ を送 信 す る プ ロ トコ ル を設 計 す る
必 要 が あ っ た.こ
の 結 果,BZKの
通 信 回 数 が 必 要 で あ っ た.こ
定 義 下 で は,最
低4回 の
れ に 対 し,筆 者 は,検
証者 が
と は,純 粋 な ラ ン ダ ム 関 数 と計 算 量 的 に 区 別 で き な い よ う
1回 だ け メ ッ セ ー ジ を 送 信 す る よ う な プ ロ トコ ル で も,
な 関 数 で あ る.悪
KEAの
意 の あ る検 証 者 が,擬i似
ラ ンダム関 数 を
下 で 検 証 者 の コ ー ドを解 析 す る こ と に よ り,秘 密
用 い て メ ッ セ ー ジ を生 成 す る 場 合 に,検 証 者 の プ ロ グ ラ ム
の 乱 数 を抽 出 で き る と い う新 しい 模 倣 技 法 を 開 発 して い る 。
が 難 読 化 さ れ て い る と,そ
筆 者 が 与 え たNBZKプ
の プ ロ グ ラ ム を 解 析 して,シ
ミュ レ ー タ ー を設 計 す る こ と は 困 難 で あ る.こ
づ き,非
自 明 な 言 語(BPPに
の考 察 に基
属 さ な い 言 語)に
定 数 ラ ウ ン ドのNon-BSZKプ
対 し て,
ロ トコ ル が 存 在 す る な ら,擬i
ロ ト コ ル は,BZKで
は ない こ とが
理 論 的 に 証 明 され た 初 め て の 具 体 例 と し て 評 価 で きる.
第 二 に,検
証者 の メ ッセ ージが 公 開の乱 数で あ る タイプ
の プ ロ トコ ル に 関 して,入
出力 間の相 関が 消失 す る ような
似 ラ ン ダム 関 数 の プ ロ グ ラ ム を 難 読 化 で き な い こ と を証 明
相 関 困 難 関 数 の 存 在 を仮 定 し,通 信 回 数 が 定 数 のNBZK
す る.ま
プ ロ トコ ル は,検 証 者 が 自分 で 認 識 で き る 自 明 な言 語 に 対
た,こ
の 結 果 を証 明 す る た め に,プ
ロ グラム の難
読 化 の 安 全 性 を理 論 的 に定 義 し議 論 す る 。
最 後 に 第6章
に お い て,本
し て の み 存 在 す る こ と を 証 明 して い る.こ
論 文 の結 果 を 要 約 し,今 後 の
BZKに
対 し て も成 立 す る の で,こ
ル に 関 して は,BZKとNBZKの
課 題 を述 べ る,
い こ と を示 して い る.一
論
文
調
査
の
要
旨
ゼ ロ 知 識(Zer()-Knowledge,ZK)プ
す で にBZKに
手 段 で あ り,個 人 認 証 構築 の 道 具 を は じめ,暗
independent)な
号 理論 にお
定 義 は,任
意 の あ る 検 証 者 が 証 明 者 か ら得 る通 信 履 歴 を,証
ら に,模
ロ トコ
般 に こ の 種 の 自 明 性 定 理 は,悪
意
生 成 す る 場 合 に 模 倣 が 困 難 で あ る と い う 考 察 か ら導 か れ る.
明 者 が 検 証 者 に付 加 的 な情 報 を 漏 ら さず に 命 題 を証 明 す る
信 せ ず に 模 倣 で き る こ と で あ る.さ
の タ イ プ のZKプ
通 信 回数 の 限界 に差 は な
の あ る検 証 者 が 真 の ラ ン ダ ム 関 数 を使 用 して メ ッ セ ー ジ を
ロ トコ ル と は,証
い て 重 要 な 役 割 を果 た し て い る.ZKの
の 自明性 定理 は
意 の悪
明 者 と通
倣 の 際 に検 証
関 す る 自 明 性 定 理 は,t点
独 立(t-wise
ハ ッ シ ュ 関 数 は ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス と して
使 用 す る 限 り真 の ラ ン ダ ム 関 数 と情 報 理 論 的 に 区 別 で き な
い とい う考 察 を用 い て 証 明 さ れ て い た.こ
は,相
れ に 対 して 筆 者
関 困 難 関 数 は コ ー ドを解 析 で き た と して も真 の ラ ン
者 の 入 出 力 だ け を参 照 しコ ー ドを参 照 しな い ブ ラ ッ ク ボ ッ
ダ ム 関 数 と し て 機 能 す る と い う 新 しい 考 察 を 用 い て,
ク スZK(BZK)と,模
NBZKに
関 す る 自 明 性 定 理 を証 明 して い る.相
関困難 関数
て 検 証 者 の コ ー ドを参 照 して も よ い 一 般 化 さ れ た 非 ブ ラ ッ
に 関 して は従 来 ほ と ん ど研 究 さ れ て お らず,筆
者 の結 果 は
ク ボ ッ クスZK(NBZK)の
NBZKと
従 来,検
倣 の た め に コ ー ド解 析 な ど を 通 じ
概 念 が 知 ら れ て い る,
証 者 の コー ドを解 析 す る よ う な 非 ブ ラ ッ ク ボ ッ
ク ス 型 の 模 倣 技 法 は 知 られ て お ら ず,提
ん ど のZKプ
案 され てい るほ と
ロ ト コル が ブ ラ ック ボ ッ ク ス 模 倣 を 用 い て 証
明 さ れ て い た.し
か し,BZKと
い う定 義 の 制 約 下 で は,
通 信 効 率 に 関 す る 理 論 的 限 界 も問 題 と な っ て い た.本
で は,効
率 の 理 論 限 界 を超 え る よ う なZKプ
の た め,実
BZKで
ロ トコ ル 設 計
質 的 に 安 全 性 を 犠 牲 に し な いNBZKの
法 と そ の 応 用 を 研 究 して い る.筆
は な いZKプ
論文
者 は,NBZKで
3回 のNBZKプ
意 のNP言
の プ ロ ト コ ル のNBZK性
が,離
ロ トコ ル が 存 在 す る な ら ば,擬i似
ラ ンダ
ム 関 数 の コ ー ド難 読 化 が 不 可 能 で あ る こ と を 証 明 し て い る.
コ ー ド難 読 化 と は,機
能 を 保 持 した ま ま,解 析 困 難 な コ ー
ドに 変 換 す る 技 術 で あ る.ま
た,擬
似 ラ ン ダ ム 関 数 とは,
ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス と して 使 用 す る 限 り真 の ラ ン ダ ム 関 数 と
計 算 量 的 に 区 別 で き な い 関 数 で あ る.筆
者 は,コ
ー ド難 読
化 を施 し た擬 似 ラ ン ダ ム 関 数 は コ ー ドを 解 析 で き た と して
も真 の ラ ン ダ ム 関 数 と計 算 量 的 に 区 別 で き な い とい う新 た
題 を利 用 した新 しい情 報 委託
語 に対 して通信 回 数
ロ トコ ル の 構 築 を 行 っ て い る.筆
定 数 のNBZKプ
自 明 な言 語 に 対 して 通 信 回 数 が
あるが
ロ トコ ル が 存 在 す る か とい う基 本 問 題
技 法 を 適 用 す る こ と で,任
第 三 に,検 証 者 の メ ッセ ー ジ が 公 開 の 乱 数 で あ る タ イ プ
の プ ロ トコ ル に 関 して,非
模 倣技
に 解 を 与 え て お り,以 下 の 点 で 評 価 で き る.
第 一 に,Diffie-Hellman問
の 密 接 な 関 係 を明 らか に した 点 で も評 価 で き る.
者 は,こ
散 対 数 問 題 に 関す る計算
な 考 察 を用 い て,相
関 困 難 関 数 と 同 等 の 性 質 を もつ 関 数 の
存 在 を 明 らか に し,第 二 の 結 果 と 同 様 の 自 明 性 定 理 を導 い
て い る.筆
者 の 結 果 は,難
的 研 究 で あ り,ま た,そ
読 化 に関す る初 めて の暗号 理論
の過 程 で筆者 が与 えた 難読化 の安
全性 の形式 化 は,そ の後 多 くの難読 化 に関 す る計 算量 理論
一 タ と略)を
研 究 の先駆 け とな って いる点 も評価 で きる,
して,本
以 上 要 す る に,本 論 文 は,ゼ ロ知 識 プ ロ トコル の 非 ブ
ラ ッ クボ ックス模倣 に関す る基本 問題 が,離 散 対数 問題
相関 困難 関数
コ ンバ ー タ の 有 用 性 を実 証 して い る.以
下 に本論
文 の 概 要 を 述 べ る。
第1章
難 読化 な ど多岐 にわ た る暗 号原 理 に関係 す
提 案 し,そ の 動 作 特 性 の 解 析 お よ び 実 験 を通
は,序
論 で あ り,本 研 究 の テ ー一マ と な っ た ス イ ッ
チ ン グ 電 源 に お け る 歴 史 的 背 景 と市 場 的 背 景 を 述 べ,そ
の
る こ とを明 らか に し,暗 号 プ ロ トコルの設 計 と解析,さ ら
変 遷 と社 会 的 な 位 置 づ け お よび 応 用 分 野 を 示 して い る.更
に は,難 読化 の計算 量理 論研 究 を大 き く進 歩 させ た もので
に,要
あ り,情 報科 学上 寄与 す る ところが大 きい.よ って本論 文
い て 述 べ て い る.
は,博 士(情 報科 学)の 学位 論 文 に値 す る と認 め る.
求 され る 技 術 的 な 背 景 か ら本 研 究 の 目 的 と意 義 に つ
第2章
で は,新
し く提 案 す るFFBrlン
成 と 動 作 原 理 に つ い て 述 べ,従
バ ー タの基 本構
来 形 の フ ォ ワ ー ドコ ンバ ー
タ お よ び デ ュ ア ル モ ー ドコ ンバ ー タ との 差 異 に つ い て 述 べ
て い る.
氏 名(本
籍)楠
学 位 記 番 号
原
シ情
良
人(鹿
児 島 県)
博 甲 第332号(工
第3章 で は,拡
張 状 態 平 均 化 法 を 用 い て,FFBコ
タ の 静 特 性 解 析 を行 っ て い る.そ
学)
の 結 果,FFBコ
ンバ ー
ンバ ー
学 位 授 与 の 日付
平 成20年3月25日
タ に は,出
学 位 論 文 題 名
フ ォ ワ ー ド ・フ ラ イバ ック 複 合 コ ンバ ー
続 ・不 連 続 の 組 合 せ に よ り4つ の 動 作 モ ー ドが 存 在 す る こ
タ の 動 作 特 性 に 関 す る研 究
と を 明 ら か に し,定 常 解 析 に よ り出 力 電 圧 の 表 現 式 を 導 出
して い る 。 更 に,そ
れ ら4つ
保
イ ッ チ の 時 比 率,出
力 電 圧,出
清
元 グ ラ フ で 表 示 し,各 動 作 モ ー ドの 境 界 等 を 明 示 し て い る.
論 文調 査委 員
(主
査)九
(副
州大 学
教
授
査)〃
二
宮
カ リ ア ク トル 電 流 お よ び トラ ン ス励 磁 電 流 の 連
の 動 作 モ ー ドの 静 特 性 を,ス
力 電 流 の3変
〃
和
田
〃
〃
〃
黒
木
幸
令
これ らの 解 析 結 果 は,試
〃
ク
准教 授
庄
山
正
仁
良 好 な 一 致 が 得 ら れ て い る.ま
V・ 出 力18V/4Aに
論
近 年,地
文
内
容
の
要
球 温 暖 化 対 策 と して,あ
旨
ネ ル ギ ー 化 が 叫 ば れ て お り,各 種 電 子 機 器 に 搭 載 され る ス
イ ッチ ン グ電 源 に も高 効 率 化 が 強 く求 め られ て い る.特
最 近 で は,定
格 出 力 時 の 高 効 率 化 に 加 え て,待
率 化 も重 要 視 さ れ,定
格 数 百Wか
らlW以
亘 っ て 高 い 効 率 の 電 源 が 要 求 され て い る.こ
に
機 時の 高効
気 素 子,配
第4章 で は,動
つ の イ ン ダ ク タ と1つ
者 の 定 常 損 失 で は,低
オ ン抵 抗
よ う に 素 子 技 術 の 進 展 に よ り損 失 が 減
少 す る な ど,素 子 そ の もの に 依 存 す る 場 合 が 多 い,後
者の
イ ッ チ ン グ 損 失 を低 減 す る 回 路 的 な 手 法 と して,
ロ電 圧 ス イ ッチ ン グ)お
よび
ク テ ィ ブ ク ラ ン プ を用 い
た エ ッ ジ 共 振 な ど の ソ フ トス イ ッチ ン グ技 術 が 開 発 さ れ て
い る.一
方,コ
ンバ ー タ の 一 巡
ン バ ー タ に は2
の キ ャ パ シ タ が あ る た め,本
来,3
2つ の イ ン ダ ク タ電 流 が 一 致 す る 状 態 が 発 生 す る こ と か ら
イ ッ
線 な ど に 含 ま れ る寄 生 抵 抗 に
ロ 電 流 ス イ ッ チ ン グ),ア
こ で,FFBコ
こ で,ス
一 巡 伝 達 関 数 が2次
イ ッチ ング周 期 内 に
系 と な る こ と を 見 出 して お り,本
コン
バ ー タ が 高 い 安 定 性 を 有 す る コ ンバ ー タ で あ る こ と を 明 ら
い る.
ZCS(ゼ
効 率 向上が 得
次 系 の 伝 達 関 数 に な る と こ ろが,1ス
チ ン グ 損 失 が 存 在 す る.前
共 振 ス イ ッチ に よ るZVS(ゼ
力140
高 効 率 が 得 ら れ,従
特 性 解 析 を行 い,FFBコ
伝 達 関 数 を導 出 して い る.こ
か に して い る.更
場 合,ス
対 し て94%の
験 で は,入
られ た こ と も述 べ て い る 。
よ る定 常 状 態 で の 損 失 と ス イ ッチ ン グ 時 に発 生 す る ス イ ッ
パ ワ ーMOS-FETの
た,実
下 の軽 負荷 に
チ ン グ 電 源 に お け る効 率 特 性 を 左 右 す る 電 力 損 失 に は,半
導 体 ス イ ッ チ,磁
作 装 置 に よ る 実 験 結 果 と比 較 して,
来 形 の フ ォ ワ ー ド コ ンバ ー タ に比 べ て,6%の
らゆる電子 機器 の省 エ
数 に よ る3次
に,実 験 に よ り解 析 の 妥 当性 を 検 証 して
第5章 で は,FFBコ
る,FFBmン
ンバ ー タの 電 力 損 失 解 析 を 行 っ て い
バ ー タ と従 来 形 の フ ォ ワ ー ドコ ン バ ー タ の
各 部 の 損 失 を 比 較 分 析 し,FFBコ
低 減 機 構 を 明 らか に し て い る.そ
ンバ ー タ に お け る損 失
の 結 果FFBコ
ンバ ー
タの 半 導 体 ス イ ッ チ の 耐 圧 が 低 減 で き,そ の こ と に よ りス
イ ッチ 素 子 の 損 失 が 減 少 して い る こ と,FFB?ン
バー タ
ンバ ー タ を複 数 台 並 列 に接 続 し,電 流 を 分
を構 成 して い る フ ォ ワ ー ド と フ ラ イバ ッ ク の 複 合 機 能 に よ
散 させ る こ と で 損 失 低 減 を 図 る シ ス テ ム 的 な手 法 が 提 案 さ
る電流 分 配が損 失低 減 に有効 で あ るこ とな どを明 らか に し
れ て お り,更
て い る.更
に,複 数 台 の コ ン バ ー タ に お け る 各 要 素 を 共
通 に 用 い る 構 成 法 な ど も提 案 さ れ て い る 。
本 論 文 で は,こ
の よ う な 背 景 の 下,2種
の 並 列 駆 動 を 基 本 と した 構 成 で,高
類 の 灘 ンバ ー タ
効 率 ・高 安 定 の 特 性 を
有 す る 新 し い フ ォ ワ ー ド ・フ ラ イ バ ッ ク 複 合Ptン バ ー タ
(Forward-FlyBackMixedConverter:以
に,そ
の 電 流 分 配 比 率 の 最 適 設 計 に よ り最 高 効
率 が 得 られ る こ と を示 し,実 験 に よ り検 証 し て い る.
下,FFBコ
ンパ
第6章
で は,本 研 究 に よ っ て 得 ら れ た 成 果 を 要 約 し て 述
べ て い る.
す る コ ンバ ー タで あ る こ と を解 析 的 に 明 らか に して い る.
論
近 年,地
文
調
査
の 要
球 温 暖 化 対 策 と して,あ
旨
更 に,シ
ら ゆ る電 子 機 器 の 省 エ
ミ ュ レ ー シ ョ ンお よ び 実験 に よ り解 析 の 妥 当 性 を
検 証 して い る.
ネ ル ギ ー 化 が 叫 ば れ て お り,そ れ ら電 子 機 器 を駆 動 す る た
(4)FFBコ
め に搭 載 さ れ て い る ス イ ッチ ン グ電 源 に も高 効 率 化 が 強 く
各 部 の 電 力 損 失 を 比 較 分 析 し,半 導 体 ス イ ッ チ の 電 圧 低 減
求 め られ て い る.ス
や 電 流 分 配 機 能 に 起 因 す る 損 失 低 減 機 構 を 明 らか に して い
電 力 損 失 に は,半
イ ッ チ ン グ 電 源 の 効 率 特 性 を左 右 す る
導 体 ス イ ッチ,磁
気素 子 な どに含 まれ る
寄 生 抵 抗 に よる定 常 損 失 とス イ ッチ ング 時 に発 生 す る ス
イ ッ チ ン グ 損 失 が 存 在 す る.前
の に依 存 し,低
者 の定常 損失 は素 子 その も
オ ン抵 抗 パ ワ ーMOSFETの
ように素 子技
る.更
ンバ ー タ と従 来 形 の フ ォ ワ ー ドコ ン バ ー タ の
に,電
流 分 配 比 率 の 最 適 設 計 に よ り最 高 効 率 が 得 ら
れ る こ と を示 し,実 験 に よ り検 証 して い る.
以 上 要 す る に,本 論 文 は,フ
ォ ワ ー ドと フ ラ イ バ ッ ク の
2種 類 の コ ンバ ー タの 並 列 駆 動 を基 本 と した フ ォ ワ ー ド ・
術 の 進 展 に よ り損 失 低 減 が 図 ら れ て い る 。 後 者 の 場 合,ス
フ ラ イ バ ック 複 合 コ ンバ ー タ を 提 案 し,高 効 率 ・高 安 定 の
イ ッ チ ン グ 損 失 を低 減 す る 回 路 的 な 手 法 と し て,共
動 作 特 性 を 有 す る こ と を解 析 お よ び 実 験 に よ り明 らか に し,
振 ス
イ ッ チ に よ る ゼ ロ電 圧 ス イ ッチ ン グお よ び ゼ ロ 電 流 ス イ ッ
そ の 有 用 性 を実 証 した 成 果 を ま と め た もの で あ り,電 気 電
チ ン グ,ア
子 シ ス テ ム 工 学 に 寄 与 す る と こ ろ が 大 きい.よ
ク テ ィ ブ ク ラ ン プ を用 い た エ ッ ジ 共 振 な どの ソ
フ トス イ ッチ ン グ技 術 が 開 発 さ れ て い る.一
方,コ
ンバ ー
文 は 博 士(工
学)の
っ て,本
論
学 位 論 文 に 値 す る もの と認 め る.
タ を複 数 台 並 列 に接 続 し,電 流 を 分 散 させ る こ とで 損 失 低
減 を 図 る シ ス テ ム 的 な 手 法 が 提 案 さ れ て い る.こ
ム 的 な 手 法 で は,複
の シ ステ
数 台 の コ ンバ ー タ に お け る ス イ ッチ 素
子 や 制 御 回 路 な ど の 各 要 素 を 共 通 に用 い る こ とで 部 品 点 数
氏 名(本
の 増 加 を 抑 え た 構 成 法 が 実 用 化 され て い る.
学 位 記 番 号
シ情
学 位 授 与 の 日付
平 成20年3月25日
本 論 文 は,こ
の よ う な 背 景 の 下,2種
並 列 駆 動 を基 本 と し た構 成 で,高
類 の コ ンバ ー タ の
効 率 ・高 安 定 の 特 性 を 有
籍)EHanmei(カ
ナ ダ)
博 甲 第333号(情
報 科 学)
学 位 論 文 題 名AStudyonStringMatchingAlgorithms
す る 新 し い フ ォ ワ ー ド ・フ ラ イ バ ッ ク 複 合 コ ン バ ー タ
withHighPerformance
(Forward-FlyBackmixedconverter:以
下,FFBコ
ンバ
ー タ)を 提 案 し
,そ の 動 作 特 性 の 解 析 お よ び実 験 を 通 して,
(高 性 能 文 字 列 照 合 ア ル ゴ リ ズ ム に 関 す
本 コ ンバ ー タ の 有 用 性 を実 証 した 成 果 を ま と め た もの で あ
る 研 究)
論文 調査委 員
り,次 の 諸 点 で 評 価 で き る.
(主
査)九
(1)新
(副
査)〃
し く提 案 す るFFBコ
理 を 述 べ,更
に,拡
ンバ ー タ の 基 本 構 成 と動 作 原
教
村
上
和
〃
授
廣
川
佐千 男
彰
ン
〃
〃
〃
竹
田
正
幸
ンバ ー タ を構 成 す
〃
〃
准教 授
井
上
弘
士
張 状 態 平 均 化 法 を 用 い たFFBコ
バ ー タ の 動 作 特 性 解 析 を行 い,FFBコ
州大 学
る 出 力 リ ア ク トル お よび トラ ンス の 電 流 連 続 ・不 連 続 の 組
論
合 せ に よ り4つ の 動 作 モ ー ドが 存 在 す る こ と を明 らか に し
て い る.
(2)定
This
常 状 態 の 解 析 か ら出 力 電 圧 の 表 現 式 を導 出 し,4つ
の 動 作 モ ー ドの 静 特 性 を,ス
出 力 電 流 の3変
イ ッ チ の 時 比 率,出
数 か ら成 る3次
る 実 験 を行 い,解
%の
string
に,試 作 装 置 に よ
析 結 果 と実 験 結 果 の 良 好 な 一 致 が 得 ら れ
る こ と,入 力140V・
効 率 が 得 ら れ,従
matching
力 電 圧,
元 グ ラ フ で 表 す こ と に よ り,
各 動 作 モ ー ドの境 界 を明 示 して い る.更
出 力18V/4Aに
対 し て94%の
高
来 形 の フ ォ ワ ー ドコ ン バ ー タ に 比 べ て6
効 率 向 上 が 得 ら れ る こ と な ど を 実 証 して い る.
(3)FFBコ
ン バ ー タ の 動 特 性 解 析 を行 い,時
で,FFBコ
thesis
generally,
text.
are
namely
exact
matching.
match
string
to a pattern
some
matching
and
string
in a text
errors,
it
applications
な る こ と を見 出 して お り,本
と
コ ンバ ー タが 高 い 安 定 性 を 有
to find
of a string
approximate
If the string
then
in a
matching,
string
an
exact
matching
approximate
string
matching.
Its
電 流 が 一 致 す る 状 態 が 発 生 す る こ と か ら伝 達 関 数 が2次
approximate
is to find
string.
is
applications.
の イ ンダ ク タ
and
of string
of string
matching
ンバ ー タ に は2つ の イ ン ダ ク タ と1つ の キ ャ パ
の 伝 達 関 数 に な る と こ ろ が,
study
is a technique
kind
technique
イ ッチ ン グ周 期 内 に2つ
exact
different
matching
来,3次
旨
to the
for
String
シ タ が あ る た め,本
要
matching
こ
本 回 路 構 成 で は1ス
の
all the occurrences
two
Exact
容
both
String
one, or more
There
内
is devoted
algorithms,
matchings.
allows
比率変動に
対 す る 出 力 電 圧 変 動 を表 す 伝 達 関 数 を導 出 して い る.こ
Ph.D
文
science
in
security,
word
as comparing
protein's
high
performance
processing,
sequence
structure,
and
virus
of base
medical
has
a very
range
wide
from
computing,
examine,
pairs
of
computer
web
to biology
in DNA,
pictures'
field
page
such
analysis
analysis,
of
etc.
Study on the string matching problem becomes one of the
problems
most attractive topics.
computations
It is well known that, in practice how the string is
encoded
can
affect
the
feasible
string
matching
computer
based
we
algorithms becomes so important.
simple
combine
and
problem.
of practical softwares existing under most operating
the alignment
systems.
matrix.
they
emphasize
methods that serve as paradigms
programming
edit
in other fields of
these
Moreover,
problem
two
and the
processor.
parallelisms
proposed
for
other
is
Then,
and
constructed
the
edit
algorithm
by introducing
parallel
one is for a
processor
algorithm
the
analyze
problem:
for a single-core
two
efficient
We
distance
with, a multi-cores
algorithms are basic components used in implementations
Moreover,
similarity.
for the
on bit-operations
algorithms. Thus, the study on the string matching
String matching
of string
a
distance
is applied
to
the idea of pointer-
論 文 調 査 の 要 旨
computer science. String matching algorithms play an
by
情 報 の検索 や個 人 の識別情 報 の照合 等,計 算 機 に よって
providing challenging problems.
The main objective of this thesis is to study the
大量 の デー タの処 理 を行 う シス テ ムが,我 々の 臼常 生活 に
string matching algorithms, and to find new and more
DNAや
efficient algorithms.
There are three new algorithms
文 字列 に よるモ デ ル化 は,人 類 が未 知の 自然構 造 を解 明す
proposed in this Ph.D work.
Firstly, based on the idea of the exact string
るた めの最 も基本 的 な アプ ローチ の ひ とつ であ る.こ の よ
matching algorithm, i.e. the shift-add algorithm, we show
であ り,2つ の文 字列 が与 え られ て,片 方 の文 字列 中に も
the relation between the solution of the approximate
う一方 の 文字列 の 出現 を探 す 問題 と レて定式 化 され る.さ
important
role in theoretical
computer
science
社会 基 盤 と して普 及 して い る,ま た,分 子生物 学 にお け る
タ ンパ ク質 の構 造解 析 の よ うに,解 析 す る対 象 の
うな 目的 の文字 列処理 の基礎 とな る概 念 が 「文字 列照合 」
string matching problem and the match-count problem.
らに,文 字 列 の完全 な一 致で は な く,文 字列 上 の距離 で あ
Then, we propose an algorithm to solve the match-count
る 「
編 集距 離」 を導 入す る こ とで,よ り一般 的 な 「近 似文
problem as a preprocessing for solving the approximate
string matching problem. In our new algorithm, we
字 列照 合 」の定 式化 が可 能で あ る.応 矯 対象 とな るデー タ
の巨大 化 に よ り計算 量が 増大 す る ことに対 し,文 字列 照合
consider the match-count problem as the preprocessing
につ いて は高速 な解 法が 提案 され てい るが,近 似 文字 列照
which allows only replacement as the edit operation for
合 につい て は,比 較 す る文字 の組 み合 わせ につ い ての距離
the idea of distance. Although this approach makes no
の候 補 か ら最 適 な もの を再帰 的 に求 め る解 法が 一般 的で あ
improvement of the time complexity of the worst case,
り,事 前 の デー タ構 造 の構築 や計 算 の単純 な並 列化 に よる
there exist significant speedup methods for this problem
高速 化が 困難 で ある,
and a practical speedup is expected in some applications.
Our
new
algorithm
computation
on the
is much
suitable
approximate
string
for
parallel
matching
著 者 は,近 似 文 字列照 合 ア ル ゴリズム の高速 化 につい て,
汎用 計算 機 の性能 を考 慮 した手法 を提 案 して い る,本 稿 で
導 入 してい る計算 モ デルで は,単 位 計算 で処理 で きるデー
We also estimate the computing time of the
タサ イズ を 「ワー ド長⊥ 単位 計 算 を同時 に 実行 で きる数
proposed algorithm.
Secondly, we present a bit-operation scheme and the
純 な解 法で は,計 算 の並列 化 の困難 さか ら,ワ ー ド長 や 灘
problem.
parallelization. The bit-operation has been applied to the
shift-add algorithm. We modify the Shift-Add algorithm
を 「コア数 」 と して定 式化 してい る.近 似 文 字列 照合 の単
ア数が 大 き くなって も計算 時 間の短 縮 を望 む ことはで きな
い.こ れ に対 し,本 稿 で は以下 の3つ の高速 化手 法 を提 案
which processes a text on line into a parallel algorithm.
して い る.3つ の 高速 化手 法 は,近 似文 字 列照 合 問題 の解
The main idea of the modification is to convert each
法 と して は適用 す る部分 が異 な るため,同 時 に適 用す るこ
character
とが可 能 であ る。
in input strings into a single bit character.
Then, the parallelization with respect to the characters
can be applied straightforwardly.
obtain an O(m2n/w)
As the result, we
algorithm which is constructed
まず,近 似文 字列 照合 の ための計 算 の うち,ワ ー ド長が
大 き くな る こ とによっ て高速化 が可 能 な もの を事 前 に計算
す る手 法 を提案 してい る。近 似文 字列 照合 で用 い る編 集距
from m distinct processes. If for an ideal computer with a
離 は,文 字の 挿入
削除
お よび置換 に よって 定義 され る
k-core processor for k _m, the computing time of our
が,こ の うち挿入 と劇 除 を考 慮す るこ とが計 算 の逐 次性 を
algorithm is bounded by 0 (mn I w)
要求 して い る,置 換 の み を考 えた場合 の距 離 を計算 す る こ
Thirdly, we develop a new scheme for the wave-front
とは,2つ の 文字 列 の文 字 の一一致 の 数 を数 え る 「マ ッチ カ
algorithm based on the bit-operation for solving two
ウ ン ト問 題」 を解 くこ とと同値 であ り,ワ ー ド長 の増大 に
よ る 高 速 化 が 適 用 可 能 で あ る.著
者 は,マ
ッチ カ ウ ン ト問
に 向 上 す る傾 向 に あ り,一 方,論 理 仕 様 の 大 き な 変 更 は 開
題 の 解 と 近 似 文 字 列 照 合 問 題 の 解 と の 関 係 を明 らか に し,
発 が 進 め ば 通 常 困 難 に な る,そ
マ ッチ カ ウ ン ト問 題 の 解 に よ り近 似 文 字 列 照 合 問 題 の 解 の
易 な,出
探 索 範 囲 を削 減 す る 手 法 を提 案 して い る,
価 結 果 を得 る こ とが 望 ま しい.
次 に,マ
ッチ カ ウ ン ト問 題 を解 く ア ル ゴ リズ ム と して,
プ 讐 セ ッ サ レ ベ ル の 並 列 化,つ
化 手 法 を提 案 して い る.ビ
ま リコ ア 数 増 加 に よ る 高 速
ッ ト レベ ル並 列 化 に よ る 高 速 化
を狙 っ た ア ル ゴ リ ズ ム は 既 に提 案 され て い る.こ
こ で,論
理仕 様 の変更 が容
来 る だけ早 い開発 段 階 におい て精度 の高 い性 能評
プ ロ セ サ 開 発 段 階 に お い て 当 該 プ ロ セ サ の 性 能 を評 価 す
る に は,シ
行 う.こ
ミ ュ レー タ に よ る性 能 評 価 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を
れ に は大 き く分 け て,ソ
フ トウ ェ ア シ ミュ レー タ
と論 理 シ ミュ レ ー タ の2つ
の 手 法 が 存 在 す る.高
字 列 を ア ル フ ァベ ッ トに 関 して ビ ッ ト列 変 換 す る こ
価 結 果 を 得 る た め に は,シ
ミュ レー シ ョンの 目的に適 した
て,文
れ に対 し
とで 計 算 の 並 列 化 を 実 現 し,プ
ロ セ ッ サ レベ ル並 列 化 に よ
る 高 速 化 も可 能 と な る よ う既 存 手 法 を拡 張 した.
の2つ
の 手 法 と も実 際 の 性
能 ベ ン チ マ ー ク プ ロ グ ラ ム 全 体 を実 行 す る こ と は,シ
最 後 に,近 似 文 字 列 照 合 問 題 を解 くア ル ゴ リ ズ ム と し て,
ビ ッ トレベ ル 並 列 化,つ
入 力 を 用 い る 必 要 が あ る が,こ
い性 能評
ま リワ ー ド長 増 大 に よ る 高 速 化 手
レ ー シ ョ ン速 度 の 課 題 に よ っ て 困 難 で あ る.も
ミュ
う一 つ の 重
要 な 要 件 で あ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン結 果 の 精 度 に つ い て は,
法 を提 案 して い る 。 プ ロ セ ッ サ レ ベ ル 並 列 化 に よ る 高 速 化
ソ フ トウ 瓜 ア シ ミ ュ レー タ は 評 価 対 象 と な る プ ロ セ サ の 論
を狙 っ た ア ル ゴ リズ ム は既 存 手 法 と して 存 在 す る.著
理 仕 様 を ソ フ トウ ェ ア 的 に モ デ ル 化 す る.ア
者 は,
プ リケー シ 饗
既 存 手 法 で 並 列 に 行 わ れ る 計 算 の 入 出 力 の 関係 を 明 ら か に
ン プ ロ グ ラ ム の み な らず オ ペ レー テ ィ ン グ シ ス テ ム を も含
し,複 数 の 計 算 を一 度 の 計 算 で 行 う手 法 を提 案 して い る.
め た 性 能 評 価 が 可 能 で あ る が,そ
一 度 に行 う こ と の で き る計 算 の 数 は ワ ー ド長 に 依 存 す る
.
以 上 を要 約 す る と,本 研 究 は 近 似 文 字 列 照 合 の 高 速 化 に
方,論
の 精 度 に 課 題 が あ る.一
理 シ ミュ レー タ は 開発 中 の プ ロ セ サ の ハ ー ドウ ェ ア
記 述 そ の も の を用 い て シ ミュ レ ー シ ョ ン を 行 うた め 精 度 は
つ い て ,汎 用 計 算 機 の 性 能 を考 慮 した 新 しい 発 想 で 取 り組
問 題 な い.さ
み,著
と な くハ ー ド ウ ェ ア 記 述 の 実 装 に 用 い る こ と は,シ
者 が 考 案 した 技 術 の 有 効 性 を示 して い る,本
得 られ た 知 見 は 情 報 科 学 の 分 野,特
研 究で
に文 字列処 理 に関 す る
ら に,プ
ロ セ サ のi論理 仕 様 を モ デ ル 化 す る こ
レ ー シ ョ ン結 果 を論 理 仕 様 変 更 に 直 接 結 び つ け る点 で 優 れ
ア ル ゴ リズ ム の 研 究 分 野 に対 して 寄 与 す る と こ ろ が 大 きい.
て い る.し
よ っ て,本
ミ ュ レ ー シ ョ ン環 境 の 構 築 に 課 題 が 残 る.
論 文 は博 士(情
報 科 学)の
学 位 論 文 に値 す る と
認 め る、
ミュ
か し,実 際 の プ ロ グ ラ ム を 実 行 す る た め の シ
本 研 究 で 提 案 す る リバ ー ス ト レー サ は,実
際 の プ ログ ラ
ム を 使 っ た 評 価 と 同 等 の 評 価 を簡 便 に 実 施 す る こ と を 目的
に,そ
氏 名(本
籍)坂
本
真 理 子(福 岡 県)
博 甲第334号(工
の 要 件 を 満 た す 実 行 型 プ ロ グ ラ ム(TREB:Trace-
originateReproducedExecutableBinary)を
作 成 す る技
術 で あ る.解
ミュ レー シ ョ
決 す べ き2つ
の 課 題 の う ち,シ
ン速 度 に起 因 す る課 題 を 解 決 す る た め に プ ロ グ ラ ム 全 体 で
学 位 記 番 号
シ情
学)
学位授 与 の 日付
平 成20年3月25日
は な く重 要 な 区 間 を性 能 評 価 の 対 象 にす る.2つ
学位論文題 名
高性 能 プロセサ の 開発 を 目的 と した高 速
で あ る シ ミュ レー シ ョ ン 環 境 構 築 の 困 難 さ を 除 くた め に,
かつ 高精度 な性 能評 価法 に 関す る研 究
TREBにOS処
論文 調査 委員
(主
査)九
(副
査)〃
ク
〃
理 の コ ー ド を含 む 命 令 シ ー ケ ン ス を発 生 さ
せ る仕 組 を も たせ,さ
州大 学
教
授
め の課題
ら に 外 部 デ バ イ ス を接 続 し な く て も,
村
上
和
彰
本 来 外 部 デ バ イ ス か ら取 得 して い た メ モ リ デ ー タ に ア ク セ
安
佐
浦
藤
寛
寿
人
倫
ス で き る機 能 を 含 め る.こ
〃
〃
ク
〃
准教 授
松
永
裕
介
レー シ ョ ンの 考 え 方 を応 用 した もの で あ る.ト
〃
〃
〃
井
上
弘
士
ブ ン型 シ ミュ レ ー シ ョ ン で は,性
ク
ク
ク
石
原
亨
プロセサ の 開発 にお いて は,開 発 の初 期段 階 に設定 した
の 解 決 策 は,従
来 か らプ
難 セ サ 開 発 で 用 い ら れ て き た ト レー ス ド リ ブ ン 型 シ ミ ュ
は 全 て,シ
ミ ュ レ ー タ に周 辺 機 器 を 接 続 した り,
シ ミュ レ ー シ ョ ン 時 にOSブ
な い.ま
レー ス ド リ
能評価 の対 象 となる処理
ミ ュ レー シ ョ ンの 入 力 に 用 い る命 令 トレ ー ス に
記 録 さ れ て お り,シ
論 文 内 容 の 要 旨
の2点
た,シ
ー
一 トを実 施 し た りす る 必 要 は
ミ ュ レ ー シ 謝 ン に 要 す る 時 間 を現 実 的 な長
性 能 目標値 の達 成が重 要 な課 題 とな る.プ ロセサ の最 終 的
さ に 収 め つ つ,プ
な性 能 を決 定す る重 要 な要 因の一 つ にその論 理仕 様が あ る
シ ョン の 対 象 に含 め る た め に,サ
が,プ ロ セサ 開発 と並行 して その性 能評 価 を行 い,当 該評
わ せ て 命 令 トレ ー ス の 構 成 を 決 め て い る.す
ロ グ ラ ム の 中 で 重 要 な 区 間 を シ ミュ レ ー
ン プ リ ン グ 技 術 と組 み 合
な わ ち,プ
ロ
価結 果 を適 宜 プロセ サ論理 仕様 に反 映す る必 要が あ る.し
グ ラ ム 実 行 時 の 動 的 な フ ェ ー ズ の 中 か ら性 能 の 解 析 に と っ
か しなが ら,一 般 に性 能評 価結 果 の精度 は 開発 の進捗 と共
て 重 要 な もの を1つ
以 上 選 択 し,そ れ らの 実 行 履 歴 で命 令
トレ ー ス を構 成 し て い る.一
仕 上 げ る こ と は,プ
方 で,実
行 型 の プロ グラ ムに
ロ グ ラ ム を実 行 しなが らシ ミ ュ レー
開 発 対 象 の プ ロ セ ッサ の 構 成 お よ び 動 作 を モ デ ル 化 し,そ
の モ デ ル に 対 して シ ミ ュ レ ー タ に よ る性 能 評 価 シ ミュ レ ー
シ 藁 ン を進 め る 方 式 を採 る 論 理 シ ミ ュ レ ー タで 性 能 評 価 を
シ ョ ン を 行 う,こ
実 施 す る た め の 要 件 で あ る.リ バ ー ス ト レ・
一 サ の 技 術 と は,
ミ ュ レー タ を利 用 す る手 法 と論 理 シ ミュ レ ー タ を 利 用 す る
OSが
手 法 の2つ
稼 動 す る 実 際 の シ ス テ ム で プ ロ グ ラ ム を 実 行 した 場
合 に 処 理 さ れ るOSコ
む,時
・
一
一ドや 外 部 デ バ イ ス の ア ク セ ス を含
間 的 に 非 連 続 な複 数 の 区 間 で 構 成 され る 命 令 ト レー
ス を 入 力 と して,1つ
術 で あ る.こ
の 実 行 型 の プ ロ グ ラ ム を作 成 す る技
の 技 術 が 満 たす べ き要 件 は,TREBが
命令 ト
れ に は 大 き く分 け て,ソ
の 手 法 が 存 在 す る.ソ
フ トウェ ア シ
フ トウ ェ ア シ ミ ュ レー タ
は 評 価 対 象 と な る プ 資 セ ッサ の 論 理 仕 様 を ソ フ トウ ェ ア 的
に モ デ ル 化 す る.シ
ミ ュ レ ー シ ョ ン速 度 は 速 く,ア プ リ
ケ ー シ ョ ン プ ロ グ ラ ム の み な らず オ ペ レ ー テ ィ ン グ シ ス テ
ム を も含 め た性 能 評 価 が 可 能 で あ るが,そ
の精 度 に課題 が
レ ー ス に含 ま れ る命 令 シ ー ケ ン ス を メ モ リ ア ク セ ス の 特 徴
あ る 。 一 方,論
を含 め て 忠 実 に 再 現 す る こ と、TREBと
ハ ー ドウ ェ ア記 述 そ の もの を 用 い て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行
じ環 境 で 実 行 し た と きに,ト
実 プロ グラム を同
レー ス に 含 まれ る 各 区 間 の 性
理 シ ミュ レー タは 開発 中 の プ ロセ ッサ の
う た め 精 度 は 問 題 な い もの の,そ
能 が 実 プ ロ グ ラ ム を先 頭 か ら実 行 した と きの 該 当 区 間 の 性
能 と ほ ぼ 一 致 す る こ と,お
シ ョ ン手 法 に は 速 度 と 精 度 との 間 に トレ ー ドオ フ 関 係 が 存
よ びTREBを
論 理 シ ミュ レー
タ の 上 で 実 行 で き る こ とで あ る 、
が 可 能 で あ る こ と を 実 証 し,さ
作 ること
ら に 命 令 ト レ ー ス にOS
コ ー ド とユ ー ザ コ ー ドが 混 在 して い る場 合 で も問 題 が な い
こ と を示 した.精
般 に性 能 評 価 シ ミュ レー
在 す る.
命 令 ト レ ー ス か ら 上 記 要 件 を 満 た すTREBを
て,高
の よ う に,一
の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン速 度
に 課 題 が 残 る.こ
度 の 高 い サ ン プ リ ン グ 技 術 と組 み 合 わ せ
い 精 度 の 性 能 予 測 に つ な が る 技 術 で あ る.OSが
動 中 の 実 際 の シ ス テ ム で プ ロ グ ラ ム を 実 行 し てOSコ
を 含 む 命 令 ト レー ス を採 取 す る と,そ
稼
ー ド
の ト レー ス に含 ま れ
そ こ で 著 者 は,対
象 と す る シ ス テ ム に お い てOSサ
トの 下 で 実 ア プ リケ ー シ ョ ン を 実 行 す る場 合 の 評 価 を簡 便
に実 現 す る こ と を 掻 的 に,実
際 の シ ス テ ム で 採 取 した 詳 細
な命 令 トレ ー ス か ら実 行 形 式 プ ロ グ ラ ム を作 成 す る リバ ー
ス トレ ー サ の 技 術 を提 案 し,ッ ー ル と して 実 装 した.命
ト レ ー ス と は,OSサ
ポ ー トの 下 で 稼 動 して い る 既 存 シ ス
あ る 一 定 の 連 続 時 間 に 処 理 され たOSを
して い る こ と は,TREB活
出現 順 序 に 従 っ て 詳 細 に記 録 した もの で あ る.リ
の 特 徴 は,
令
テ ム で 実 ア プ リ ケ ー シ ョ ン を実 行 して 採 取 した 記 録 で あ り,
る 命 令 シ ー ケ ン ス が 実 プ ロ グ ラ ム の 実 行 状 況 そ の も の を映
用 の 幅 を ひ ろ げ る.こ
ポー
含 む全 て の命令 を
シ ス テ ム に 直 接 効 くポ イ ン トを 狙 っ た性 能 チ ュ ー ニ ン グ を
レー サ は,こ
可 能 に す る.命
ア ド レス と メ モ リデ ー タ の 情 報 な ど を追 加 した もの を 入 力
令 シ ー ケ ン ス が 現 実 を 映 して こ とか ら,性
の 命 令 トレ ー ス に 割 込 み,メ
バ ース ト
モ リア クセスの
能 チ ュ ー ニ ン グ で 向 上 した 演 算 パ イ プ ラ イ ンの 動 作 効 率 が,
と して 用 い る.出
そ の ま ま 実 運 用 で の 性 能 向 上 に 繋 が りや す い 。 ま た,ト
形 式 プ ロ グ ラ ム は 命 令 ト レー ス に記 録 さ れ た 処 理 状 態 を忠
レ ー ス が 静 的 な 情 報 で あ る こ とが 実 行 状 態 の 解 析 作 業 に
実 に再 現 す る こ と に 特 長 が あ る.実
と っ て 重 要 な再 現 性 を保 証 す る 利 点 も あ る.半
論 理 シ ミ ュ レ ー タで 性 能 評 価 を 行 うた め の 必 須 要 件 で あ る.
情 報 で あ る た め に,ト
面,静
的な
レー ス を採 取 した シ ス テ ム と 開 発 中
の シ ス テ ム の プ ロ セ サ 論 理 仕 様 の 違 い が,マ
ル チ プ ロセ サ
この時
力 は 実 行 形 式 プ ロ グ ラ ム で あ り,本 実 行
行 形 式 プ ロ グ ラ ム は,
論 理 シ ミ ュ レ ー タ は 実 行 形 式 プ ロ グ ラ ム を先 頭 か
ら逐 次 実 行 す る こ とに な る が,従
来の技 術 では実 行 に必要
構 成 シ ス テ ム に も た らす タ イ ミ ン グ の 変 化 を表 現 で きず,
な 環 境 を構 築 す る こ と の 困 難 さや シ ミュ レ ー シ ョ ン速 度 に
そ れ が 精 度 の 課 題 と さ れ る.リ
起 因す る 問 題 を 解 決 す る こ とが 難 しか っ た.こ
バ ー ス ト レー サ の 技 術 を 組
み 込 ん だ 性 能 評 価 ・検 証 の 方 法 論 を,SPARC64Vプ
サ の 開 発 に 用 い て,リ
ロセ
バ ー ス ト レー サ の 有 効 性 を実 証 した.
れ に対 して,
リバ ー ス トレ ー サ で 作 成 し た 実 行 形 式 プ ロ グ ラ ム は,元
の
プ ロ グ ラ ム の 任 意 の 部 分 を実 行 の対 象 に す る こ とが で き,
製 造 した 実 シ ス テ ム で は 高 い 性 能 を実 現 す る こ とが で きた
あ た か も 当 該 プ ロ グ ラ ム を先 頭 か ら処 理 した の と同 等 の 振
が,TREBを
る 舞 い を 実 現 させ る こ とが 可 能 で あ る.さ
す る 等,そ
用 い た 検 証 で 製 造 開 始 前 に性 能 の 課 題 を解 消
の 開 発 成 功 に リバ ー ス ト レー サ 技 術 は一 つ の 貢
の 接 続 やOSブ
ら に,周
辺機器
ー トを 実 施 せ ず に あ た か も実 際 の シ ス テ ム
と 同様 に そ れ らが 整 え られ て い る 処 理 状 態 を作 り出 す こ と
献 を 果 た し た,
に 特 長 が あ る.本 技 術 は 他 の 追 随 を許 さ な い 極 め て独 創 的
論
文
調
査
半 導 体 技 術 の 進 歩 に よ り,プ
(大 規 模 集 積 回 路)の
の
要
旨
な 技 術 で あ る と言 え る 、
ロ セ ッサ を 搭 載 し たLSI
トラ ン ジ ス タ 集 積 度 お よ び ク ロ ッ ク
さ ら に 筆 者 は,本
ム コ ン ピ ュ・
一タ(蜜
技 術 の 有 用 性 と有 効 性 を メ イ ン フ レー
士 通GS8900)上
周 波 数 は 飛 躍 的 に 向 上 し て お り,そ れ が 今 日 の 高 性 能 コ ン
リ ケ ー シesン お よ びSPARCア
ピ ュ ー タ シ ス テ ム の 実 現 を 可 能 と して い る.し
(富 士 通PRIMEPOWER)上
プ ロ セ ッサ の 大 規 模 化 に伴 っ て,研
か し な が ら,
究 開発霞 階 にお ける性
能 評 価 を よ り困 難 な もの に し て い る,一
般 に性 能 評 価 で は
に実 証 した.そ
の結果
の オ ン ラ イ ン系 ア プ
ー キテ クチ ャの シス テ ム
のSPECベ
ン チ マ ー ク を対 象
命 令 ト レー ス か ら実 行 形 式 プ ロ グ
ラ ム を生 成 可 能 で あ る こ と,ま た プ ロ グ ラ ム全 体 で は な く
一 部 分 の み を 抜 き出 して 実 行 して も プ ロ グ ラ ム 全 体 を実 行
signal for different
MS environments.
Then
the
した 場 合 と 同 等 の振 る 舞 い を再 現 可 能 で あ る こ と を 示 した,
calibration steps taken to validate the use of this type of
結 果 と し て,OSサ
receiver
ポ ー トの 下 で 実 ア プ リケ ー シ ョ ン を 実
行 した 際 の 性 能 を 論 理 シ ミュ レー タ で 高 精 度 か つ 高 速 に 評
価 可 能 で あ る こ と を実 証 した.こ
たSPARCプ
れ に よ り,筆 者 が 関 与 し
ロ セ ッサ 開発 プ ロ ジ ェ ク トに お い て 当 該 開 発
operating
are
explained
conditions.
under
the
Next, the
predetermined
signal performance
evaluation methods, namely the measured signal-to-noise
ratio
(SNR) , fade
difference
and
the
cumulative
期 間 を大 幅 に 短 縮 で きた こ と は 本 技 術 の 有 効 性 を示 す 大 き
distribution function (cdf) for fade that exceeds certain
な証 左 で あ る と言 え る.
probability are presented. Based on the open space
experimental results of 18 satellites in Fukuoka, the
以 上 を 要 約 す る と,本 研 究 は 計 算 機 シ ス テ ム の ア ー キ テ
ク チ ャ の 性 能 評 価 に お け る 大 き な 課 題 で あ る 「OSを 含 め
author obtained
た 実 ア プ リケー シ ョ ンの動 作 を高精 度 か つ 高 速 に シ ミュ
elevation angle. From this result, the author determined
レ ー シ ョ ンす る」 と い う課 題 に対 して 従 来 に な い 新 しい 視
the 44dBHz reference
点 で 取 り組 み,さ
expected
ら に 著 者 が 考 案 した 技 術 の 有 効 性 を示 し
the
measured
final averaged
SNR for every
SNR which is the minimum
SNR for the
open
space
に
measurement. The author also introduced the 5dB signal
プ ロ セ ッサ ・ア ー キ テ ク チ ャ の研 究 分 野 に 対 して 寄 与 す る
fluctuation from the open space measured SNR as one of
と こ ろ が 大 きい 。 よ っ て,本
the means to determine the occurrence of fading. From
た もの で あ る.本 研 究 で 得 ら れ た 知 見 は工 学 の 分 野,特
論 文 は博 士(工
学)の
学位 論
analysis, the open space signals of 18 satellites in Fukuoka
文 に 値 す る と認 め る.
show similar fading characteristics.
Thus, the author
proposed the use of the open space result in Fukuoka as
reference. The author then used this measurement
氏 名(本
method to analyze fading effect observed for the tree-
籍)WanAzlanBinWanZainalAbidin
(マ レー シ ア)
学 位 記 番 号
シ情
博 甲第335号(工
学 位 授 与 の 日付
平 成20年3月25日
for the low-latitude region using the result in Fukuoka as
学)
reference. Lastly, the author proposed the use of this
measurement
学 位 論 文 題 名MEASUREMENTOFMOBILE
SATELLITESIGNALUSING
信 機 を用 い た 中 ・低 緯 度
地 域 に お け る 周 回 衛 星 信 号 の 測 定)
(副
州大学
教
査)〃
授
study
the
MS
signal
the mobile satellite system and the GPS.
Chapter 2 describes the data acquisition system
used in the experimental
論 文調査 委 員
査)九
to
Chapter 1 provides some general introduction about
ANDLOW-LATITUDEREGIONS
(主
method
performance for various geographical regions.
This thesis consists of 6 chapters:
HANDHELDGPSRECEIVERATMID-
(携 帯 用GPS受
shadowed and building-shadowed environments and also
work which includes the
立 居場
光
生
methodology and also the
different MS environments.
〃
安
元
清
俊
〃
〃
〃
赤
岩
芳
彦
〃
〃
准教授
藤
崎
清
孝
experimental
set up for
Chapter 3 discusses about the calibration of the data
acquisition
system.
It includes
the
experimental
conditions and considerations together with the optimum
論
文
内 容
の 要
旨
arrangement of the GPS receiver.
This research work aims to show the feasibility of
using a commercially available, handheld, portable Global
Chapter 4 presents
how the
measured
signal
Positioning System (GPS) receiver designed specifically
performance is evaluated.
Detailed analysis of the
measured SNR, fade difference definition and also the
for the
cumulative distribution function of the received signal
determine
purpose
the
of navigation
and
positioning to
actual mobile satellite
(MS) receiver
exceeding
certain
probability
are explained
in this
performance under the real operating condition. The cost
effective, simple to manage but efficient and reliable
chapter.
receiver can imitate the actual MS receiver. It provides
environments, namely the tree-shadowed environment,
an
MS signal
the building-shadowed environment and also the low-
performance. Firstly, this thesis will discuss about the
data acquisition system used to measure the satellite
latitude region environment using the open space result
alternative
method
to
study
the
Chapter 5 provides the analysis for different MS
as reference.
Finally,
conclusions
are given
in Chapter
調
要
る こ と,ま た フ ェー ジ ング に よる信 号 の 変動 幅 が ±5dB
6.
程度 で あ り,安 定 した受信特 性 が得 られ る こ とを明 らか に
論
文
査
の
旨
した.こ の結 果 は高 性 能 の 受信 シス テ ム に よるGPS衛
世 界 中 ど こ に い て も情 報 を 自 由 自 在 に 利 用 で きる ユ ビ キ
星
信 号 の観 測 結 果 と同等 の もので あ り,小 型 の携 帯 用GPS
タ ス 情 報 社 会 の 実 現 を 目指 した 研 究 が 進 め ら れ て い る.地
受信 機 で も伝 搬特 性 を評価 す るた めに十 分 なデ ー タが得 ら
上 網 が 整 備 され て い な い 発 展 途 上 国 や 山 間 部,海
れ る こ とを示 した、
機 な どに お い て は,ユ
上,航
空
ビ キ タ ス 環 境 を構 築 す る こ と は 容 易
最後 に著者 は,福 岡で得 られた オー プ ンスペ ースで の伝
で は な い 、 衛 星 通 信 は こ の 難 点 を解 決 す る基 盤 技 術 の1つ
搬 特性 を基準 と して,木 々や建物 に よる シャ ドウイ ングや
で あ る 。 こ れ ま で 衛 星 通 信 は,固
マ ルチ パ スの影響 を調 査 し,そ れ らの物 体が 衛星 通信 の伝
定 された 地球局 間 で情報
を 交 換 す る な どの 利 用 を 中 心 に,高
速 ・大 容 量 の 実 現 に 向
け た 研 究 ・開 発 が 主 と して 行 わ れ て きた.一
方,衛
星 通信
搬 特性 に及 ぼす 影響 を統 計的 に明 らか に した.低 緯度 地域
にお いて は,L帯
の電波伝 搬 に電 離層 が悪 影響 を及 ぼす と
の 技 術 を移 動 体 へ の 通 信 に利 用 し よ う と い う試 み も進 め ら
考 え られ る.サ ラワ クで 行 った実験 か ら,電 離 層の影 響 と
れ て い る.こ
の 場 合,小
型 ・小 電 力 の 端 末 に よ り安 定 した
推 測 され る受信 信号 の12dBを
通 信 を実 現 す る に は,時
間 的 及 び 空 間 的 に 変 化 す る伝 搬 路
て,低 緯 度地域 におい ては,中 緯 度地域 には ない電離 層 の
の 特 性 を,様
影響 を考慮 した回線 設計 が必 要 とな る ことを定 量的 に示 し
々 な環 境 下 で 的 確 に 把 握 す る 必 要 が あ る.こ
れ に は 長 い 実 験 期 間 と 多 額 の 費 用 を 要 す る.こ
れ を世界 申
で 網 羅 す る よ う に 行 う こ と は さ ら に 難 しい.そ
こ で 著 者 は,
た.
以 上要 す るに,本 論 文は,移 動 体衛 星通 信 シス テムの 設
計 に有用 な伝搬 デ ー タ を簡易 に取 得す る方 法 を提案 ・実 証
全 地 球 測 位 シ ス テ ム(GlobalPositieRingSystem:GPS)と
測 位 目 的 の 簡 易 な 携 帯 用GPS受
超 え る大 きな変動 を観 測 し
信 機 を用 い れ ば,世
界規
す る ため,GPS衛
星 と携 帯 用GPS受
信 機 を用 いて,福 岡
動
とサ ラ ワ ク にお い て様 々 な伝 搬環 境 下 で 実験 デ ー タ を取
体 衛 星 通 信 で 使 用 す るL帯(1.5GHz帯)の
電磁 波 の伝 搬
得 ・解析 して,移 動体衛 星 通信 の伝搬 路特 性が 評価 で きる
特 性 を研 究 対 象 と して,福
レ ー シ ア)の
こ とを示 す とと もに,中 ・低緯 度地域 にお ける伝搬 特性 の
模 で か つ 安 価 に 伝 搬 路 の 特 性 を 評 価 で き る と考 え た.移
2箇 所 で 実 験 を 行 っ た.本
岡 とサ ラ ワ ク(マ
論 文 は,携
い て 同 時 に 受 信 され た 複 数 のGPS衛
て,地
帯 型GPS受
信 機 を用
星 のデ ー タを解析 し
球 を 周 画 す る衛 星 の 位 置 と 受 信 信 号 レベ ル の 変 動 の
測 定 か ら,移
違 い を定 量 的 に示 す な ど,い くつか の有用 な知見 を与 えた
もので,情 報通信 工学 に寄 与す る ところが大 きい,よ って,
本論 文 は博士 く
工 学)の 学 位論 文 に値 す る と認め る.
動 体衛 星 通 信 の 伝 搬特 性 を評 価 す る こ とを
中 ・低 緯 度 地 域 に お い て 試 み,そ
の 結 果 を ま と め た もの で
あ る.
氏 名(本
最 初 に 著 者 は,伝 搬 特 性 の 評 価 に 用 い る 携 帯 用GPS受
信 機 の 性 能 につ い て 検 討 した.先
ず,米
国海洋 電子機 器協
会(Nationa1MarineElectronicsAssociation:NMEA)の
規 格 に 従 っ た デ ー タ 出 力 が 可 能 なGPS受
信 機 で あ れ ば,
受 信 機 の 位 置 情 報 だ け で な く,複 数 のGPS衛
そ れ ぞ れ の 位 置(仰
角,方
位 角)並
籍)貞
シ情
学 位 授 与 の 日付
平 成20年3月25日
(専用 演 算 器 を 活 用 し た動 作 合 成 手 法)
(主
査)九
(副
査)〃
州大 学
信 機 に よ り簡 便 に 測 定 を 行 う場 合 に は ア ン テ ナ の
〃
〃
指 向 性 が 天 空 方 向 に広 く等 方 的 で あ る こ と な ど の 条 件 が 必
〃
〃
要 で あ る こ と を示 した.こ
特 性 を 有 す る 携 帯 用GPS受
れ に 基 づ き,実 験 に 適 し た基 本
信 機 を 選 別 し て,実
著 者 は 次 に,晴
論
LSIの
天 時 に,GPS受
准教 授
松
永
裕
介
教
安
浦
寛
人
佐
藤
寿
倫
石
原
授
〃
准教 授
文
内
容
の
要
亨
旨
験 の実 施
体 制 を 整 え た,
通 せ,か
く
工 学)
論文 調査 委員
と を 示 した.次
GPS受
博 甲 第336号
Speclalize(lFunctionalUnits
び に受信機 で得 た信 号
ー タ の 取 得 が 短 周 期 で 行 え る こ と,
岡 県)
学 位 論 文 題 名BehavioralSynthesisMethodsUtilizing
れ らの デ ー タ を使 え ば伝 搬 路 特 性 の 評 価 が 可 能 性 で あ る こ
に,デ
毅(福
学 位 記 番 号
星 に 対 して
対 雑 音 電 力 密 度 比 の デ ー タ が 利 用 で き る こ と を 見 出 し,こ
方
信 機 か ら衛 星 が直 接 見
つ 周 辺 の 環 境 が この 間 の伝 搬 に 影 響 を及 ぼ す こ と
製 造 技 衛 の 急 速 な 進 歩 に よ り,SystemOnaChip
(以 降,SoC)に
な っ た.一
方,大
代 表 さ れ る 高 機 能 なLSIの
規 模 か つ 複 雑 なSoCの
製 造 が可 能 と
設 計 コ ス トの 増
信機 を
大 が 深 刻 化 して い る.SoCの
規 模 と複 雑 さ は今 後 も増 加 す
用 い て 実 験 デ ー タ を 取 得 し,受 信 信 号 の 変 動 特 性 を評 価 し
る と予 想 さ れ て お り,SoCの
設 計 生 産 性 の 向 上 が 強 く望 ま
た.福
れ て い る.
が な い オ ー プ ン ス ペ ー ス 環 境 下 に お い て,GPS受
岡 で 観 測 さ れ る18個
の 衛 星 か らの デ ー タ を解 析 し,
設 計 の 基 本 と な る 信 号 対 雑 音 電 力 密 度 比 が44dBHzと
な
SoC設
計 に 動 作 レベ ル 設 計 を導 入 す る こ とで,設
計 生産
性 の 向 上 が 実 現 す る.ハ
ー ドウ ェ ア の 設 計 は,ク
ロ ックサ
演 算 器 を考 慮 した,モ
ジ ュ ー ル 選 択,ア
ロ ケ ー シ ョ ン,ス
イ ク ル ご と の 動 作 を 詳 細 に 記 述 す るRegisterTransfer
ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 を解 く厳 密 解 法 に よ る 手 法 と ヒ ュ ー リ
Level(以
ス テ ィ ッ ク な解 法 に よ る 手 法 を提 案 した.
降,RTL)設
計 で は,ハ
計 が 一 般 的 で あ る,動 作 レベ ル 設
ー ドウ ェ ア の 動 作 を基 本 処 理 の 順 序 関 係 で 定 義
す る こ と で,RTL設
計 と 比 較 して 記 述 を 簡 略 化 し設 計 ミ
ス の 低 減 を実 現 す る.ま
た,ハ
厳 密 解 法 に よ る手 法 は,問 題 を0/1整
数線 形計 画 問題 と
して 定 式 化 し解 くこ と で 最 適 解 を 得 る 手 法 で あ る.本
手法
ー ドウェアの動 作 を抽象 化
で は,演 算 器 の 機 能 を 明確 に 表 現 し,完 全 な 定 式 化 と演 算
す る こ とで ハ ー ドウ ェ ア シ ミ ュ レ ー シ ョ ンの 高 速 化 を実 現
の 複 製 を禁 止 した 定 式 化 の 二 通 りの 定 式 化 を提 案 した 。 後
し,シ
者 の 定 式 化 は,演 算 の 複 製 を 禁 止 し て解 空 間 を狭 め る こ と
ミュ レー シ ョ ンベ ー ス の 検 証 コス トの 低 減 を 実 現 す
る.動 作 レベ ル の ハ ー ドウ ェ ア 記 述 は,動
る 設 計 自動 化 技 術 に よ りRTLの
的 に 変 換 さ れ る.現 在,市
つ あ る.し
作 合 成 と呼 ば れ
験 で は,微 分
器 を合 成 対 象 と して 加 算 を基 にす る演 算 群 に 対 し て桁 上 げ
販の 動作合 成 ッー ルが使 わ れつ
保 存 加 算 器 を 活 用 した 専 用 演 算 器 を準 備 し,後 者 の 定 式 化
の た め,動 作 合 成 の合 成 ア ル ゴ リ ズ ム の 改
を行 っ た.整
数 線 形 計 画 問 題 ソ ル バ に よ り得 られ た 解 を 同
一制 約下 で比 較す る と
,専 用 演 算 器 に よ り,ク
ク ル 数 が 平 均14.0%,最
良 は 未 だ 望 ま れ て い る.
本 論 文 で は,専
算 時 間 の 削 減 を狙 っ た も の で あ る.実
ハ ー ドウ ェ ア 記 述 に 自 動
か し,設 計 者 の 要 求 を満 た す 結 果 が 得 られ な い
こ とが 多 い.そ
で,計
用 演 算 器 を動 作 合 成 で 活 用 す る こ と で 合
成 結 果 の 改 善 を 図 る こ と を 狙 い とす る.専 用 演 算 器 は特 定
し た.計
大 で33.3%削
算 時 間 は,専
6.8時 間,使
ロ ッ クサ イ
減 され る こ とを確 認
用 演 算 器 を使 用 し な い 場 合 で 平 均
用 す る 場 合 で 平 均22.8時
間 で あ っ た.結
果か
の 演 算 パ タ ー ン に 特 化 さ れ た 演 算 器 で あ り,同 等 の 機 能 を
ら,専 用 演 算 器 の 活 用 に よ り拡 大 した 解 空 間 の 中 に,従
実 現 す る 基 本 的 な 演 算 器 の 組 み 合 わ せ よ り も,高 性 能 ま た
の 解 空 間 で の 最 適 解 よ り平 均14.0%,最
は小 面 積 とな る よ う 設 計 され る.よ
ク サ イ ク ル 数 が 少 な い 解 が 存 在 す る こ と を 示 して い る 。 一
っ て,専
用演算 器 の活
用 に よ り拡 大 した 解 空 間 の 中 に よ り良 い 解 が 存 在 す る こ と
よ っ て,動
が 期 待 され る.し
で あ る.
か し,専 用 演 算 器 を活 用 して よ り良 い 解
を 得 る こ と は 容 易 で は な い.専
ター ン に特 化 さ れ る た め,基
用演 算 器 は特 定 の演 算 パ
本 的 な演算 器 の組み 合 わせ よ
り も 資 源 共 有 に 対 す る 柔 軟 性 が 低 い 場 合 が あ る.ま
た,専
大 で33.3%ク
作 合 成 手 法 に お い て専 用 演 算 器 の 活 用 は 効 果 的
ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク な 解 法 に よ る 合 成 手 法 で は,演 算 の
複 製 を 禁 止 した 問 題 を 対 象 に,モ
ジ ュ ー ル 選 択 と残 りの 問
題 を分 割 し,モ ジ ュ ー ル 選 択 で 解 を 複 数 列 挙 し て,各
用 演 算 器 で 実 行 不 可 能 な 演 算 バ タ ー ン に 対 し演 算 の 複 製 を
解 に 対 し残 りの 問 題 を 解 く と い う戦 略 を と る.本
適 用 す る こ と で 実 行 可 能 な パ ター ン に変 換 で き る 場 合 が あ
大 の 貢 献 点 は,効
る,よ
選 択 ア ル ゴ リズ ム の 提 案 で あ る.モ
っ て,資
源 共 有 と演 算 の 複 製 を考 慮 して 解 を決 定 す
る こ とが 重 要 と な る.専
用 演 算 器 を考 慮 した 合 成 手 法 は い
来
ロッ
々の
手法 の最
果 的な ヒュ ー リステ ィ ックなモ ジ ュー ル
ジ ュー ル選択 の解 の総
数 は 入 力 サ イ ズ に 対 して 指 数 的 で あ る 可 能 性 が あ り,網 羅
くつ か 提 案 さ れ て い る.し か し,固 定 され た 性 能 ま た は 面
的 に 列 挙 す る と計 算 時 間 が 指 数 的 に 増 大 す る 可 能 性 が あ る.
積 制 約 下 で,性
提 案 ア ル ゴ リズ ム は,先
能 ま た は 面 積 を最 適 化 す る 問 題 に 対 す る実
用 的 な 手 法 は 提 案 さ れ て い な い.
本 論 文 で は初 め に,専
た.整
に ヒ ュ ー リス テ ィ ッ ク な 指 標 で 使
用 す る 演 算 器 の 種 類 を 限 定 し,使 用 す る 数 を 後 で 決 定 す る
用 演 算 器 の 効 果 を 実 験 的 に評 価 し
数 加 算 を含 む ベ ンチ マ ー ク に対 し,3入
戦 略 を 取 る こ と で,専
用 演 算 器 の 活 用 に よ り拡 大 し た 解 空
力 以上 の加
間 にお い て 無 駄 な 解 の 探 索 を 省 き,効
上 げ保 存加
能 と して い る.実 験 で は,微
分 器 を合 成 対 象 と して 提 案 ア
算 器 を 用 い た 専 用 の 多 入 力 加 算 器 で 実 装 す る 合 成 を,ク
ル ゴ リズ ム を用 い た場 合,厳
密 解 法 に よ る手 法 と同 一 の 結
ロ ッ クサ イ ク ル 数 の 最 小 化 を 目 的 と して 演 算 の複 製 を 考 慮
果 を2秒 以 内 で 得 られ る こ と を確 認 した.よ
し た ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク な ア ル ゴ リ ズ ム で 行 っ た.論
対 象 に 対 し提 案 ア ル ゴ リズ ム を用 い た場 合,専
算 を,2入
力 加 算 器 の 組 み 合 わ せ,ま
成 ま で 行 っ た結 果 か ら,同
一 制 約 下 で,専
最 大 遅 延 時 間 が 平 均11.9%削
9.4%削
し た,ク
た は,桁
減,演
理合
用加算 器 に よ り
算器の総面積が平均
よ り同 一 制 約 下 で 平 均13.2%,最
ク ル 数 の 削 減 を確 認 し た.モ
果 的 な 解 の 限 定 を可
大40.7%の
り大 き な 合 成
用演算 器 に
ク ロ ックサ イ
ジ ュー ル選択 にお い て網羅 的
減 され る こ と を 確 認
に 解 を列 挙 し残 りの 問 題 を ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク に 解 い た場
ロ ッ クサ イ ク ル 周 期 制 約 を仮 定 し,同 等 の 最 大 遅
合 の 結 果 と比 較 す る と,同 一 制 約 下 で ク ロ ッ ク サ イ ク ル 数
減,全
体 の 面 積 が 平 均4。4%削
延 時 間 の解 を 比 較 す る と,あ
最 大 で63.6%の
る制 約 下 で 専 用 演 算 器 に よ り
ク ロ ッ クサ イ ク ル 数 の 削 減 を36.7%の
みの
の 増 加 は 平 均1.1%の
み で あ っ た.計
専 用 演 算 器 を使 用 した 場 合,網
羅 的 に列挙 す る結果 で は最
面 積 増 加 に よ り実 現 した こ と を確 認 し た.結 果 か ら,専 用
大 で5.2時 間 で あ っ た.一
演 算 器 の 活 用 に よ り性 能 改 善 を 図 る こ と に 意 義 が あ る こ と
果 で は,最
大 で も15分
を確 認 した.
手 法 は,最
適 解 に 近 い 解 を 逃 す こ と な く探 索 範 囲 を 大 幅 に
評 価 実 験 を 踏 ま え,本 論 文 で は,ク
ロ ックサ イクル周 期
と演 算 器 の 総 面 積 制 約 下 で 性 能 の 最 大 化 を 目的 と し,専 用
方,提
算 時 間 に 関 し て は,
案 アル ゴ リズ ム に よる結
以 内 で 完 了 した.結
果 か ら,提
案
限 定 で きて い る と言 え る.
以 上 の よ う に 本 論 文 で は,最
適 解 を得 る こ とが 可 能 な 整
数 線 形 計 画 法 に 基 づ く厳 密 解 法 に よ る 手 法
及 び,効 果 的
験 と同 一 の 例 題 に 対 して 提 案 ア ル ゴ リズ ム を用 い た 場 合,
な モ ジ ュ ー ル 選 択 ア ル ゴ リズ ム を含 む ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク
厳 密 解 法 に よ る手 法 と同 一 の 結 果 を す べ て2秒
な解 法 に よ る 手 法 を提 案 した 、 提 案 手 法 は,専
こ とが で き て い る.厳
用演 算器 を
以 内で得 る
密 解 法 に 要 した 計 算 時 間 は 平 均22.8
活 用 す る こ とで よ り良 い 合 成 結 果 を 取 得 す る こ と に 寄 与 す
時 間 で あ り,提 案 手 法 が 探 索 す べ き解 空 間 を効 果 的 に 限 定
る技 術 で あ る.
して い る こ とが わ か る,よ
り大 き な ベ ン チ マ ー ク 回 路 に 対
し提 案 ア ル ゴ リ ズ ム を 用 い た 場 合,専
論
LSIの
文
調
査
の
要
旨
り平 均132%,最
製 造 技 術 の 急 速 な 進 歩 に よ り,System-Ok-a-Chip
(以 降,SoC)に
な っ た.一
代 表 さ れ る 高 機 能 なLSIの
方,大
規 模 か つ 複 雑 なLSIの
大40.7%の
達 成 し て い る.こ
製造が可能 と
設 計 コ ス トの 増 大
用 演算 器の 活用 に よ
ク ロ ッ クサ イ ク ル 数 の 削 減 を
の と き の 計 算 時 間 は,最
内 で あ り,お お む ね 実 用 的 で あ る.結 果 か ら,提 案 手 法 は,
規 模 と複 雑 さ は 今 後 も増 加 す る
ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク で あ る と言 え る.
と予 想 さ れ て お り,LSIの
設 計 生 産 性 の 向 上 が 強 く望 ま れ
以 上 を 要 約 す る と,本 論 文 は,専
て い る.本
効 率 よ く誤 りな く設 計 す る た め
論 文 で はLSIを
て い る.動
作 合 成 と は,数 値 演 算 や 条 件 分 岐 な どの 基 本 的
用 演 算 器 を活 用 す る こ
とで よ り良 い 合 成 結 果 を得 る た め の 厳 密 解 法
及 び,効
果
的 な モ ジ ュ ー ル 選 択 ア ル ゴ リズ ム を含 む ヒ ュ ー リス テ ィ ッ
ク な解 法 を 提 案 し た も の で,情
な 処 理 や 動 作 の 順 序 関 係 を 表 す 動 作 記 述 を 入 力 と して,所
大 き い.よ
望 の デ ィ ジ タ ル 論 理 回 路 を 自 動 的 ま た は 半 自動 的 に 設 計
る と 認 め る,
(合 成)す
以
最 適 解 に 近 い と思 われ る解 を得 る こ とので き る効率 的 な
が 深 刻 化 し て い る.LSIの
の 一 つ の 有 望 な 技 術 で あ る動 作 合 成 技 術 に つ い て 取 り上 げ
大 で も15分
っ て,本
報 工学 に寄与 す る とこ ろが
論 文 は 博 士(工
学)の
学位論 文 に値す
る 処 理 で あ る.著 者 は 複 数 の 基 本 演 算 を一 塊 の
ハ ー ドウ ェ ア と して 実 行 す る 専 用 演 算 器 を 効 果 的 に 活 用 す
る こ と で,従
来 手 法 と 比 較 し て,回 路 面 積 や 動 作 速 度 の 尺
度 で よ り優 れ た 回 路 を 合 成 す る 手 法 につ い て研 究 を 行 っ て
氏 名(本
い る.そ
題の 数学 的 な定式 化お よび厳密解 法
学 位 記 番 号
シ情
用 演 算 器 の 活 用 が 効 果 的 で あ る こ と を示
学 位 授 与 の 日付
平 成2o年3月25日
の な か で,問
の 構 築 を 行 い,専
し,最 後 に 実 用 的 な 時 間 内 で 近 似 解 を求 め る こ との で き る
ヒ ュ ー リス テ ィ ッ ク ア ル ゴ リ ズ ム を 提 示 す る こ とで,専
して 定 式 化 し,解
数線 形計 画 問題 と
く こ とで 最 適 解 を得 る 手 法 で あ る.ベ
チ マ ー ク 回 路 を 用 い て,与
数 が 平 均14.0%,最
国〉
博 甲 簗337号(工
よ るLSIテ
学)
ス ト用 遅 延 器 と定 電 流
論 文調査 委員
査)九
く副
州大学
ン
教
黒
木
幸
令
〃
吉
田
啓
二
准教授
庄
山
正
仁
査)〃
〃
〃
授
え られ た 回路 面 積 を満 た す な か
論
で も っ と も実 行 ク ロ ッ ク サ イ ク ル の 少 な い 回 路 を合 成 す る
実 験 を 行 っ た 結 果,專
茂(中
源 団 路 の 高 精 度 化 に 関 す る舐 究
(主
高 め た 点 で 高 く評 価 で き る.
田
学 位 論 文 題 名PLLに
用
演 算 器 を活 用 した 動 作 合 成 手 法 を 実 用 レベ ル に近 い 技 術 に
厳 密 解 法 に よ る 手 法 は,問 題 をo/1整
籍)李
用 演 算 器 に よ り,ク ロ ッ クサ イ ク ル
大 で33.3%削
減 さ れ て い る.こ
の結 果
近 年,電
文
内 容
の
要
子 製 品 普 及 化 に 連 れ て,あ
旨
らゆ る 電 子 機 器 の 高
歩 留 ま り化 が 強 く求 め られ て い る.各 種 電 子 機 器 に搭 載 さ
は 実 用 的 な 例 題 に対 して 専 用 演 算 器 の 活 用 が 効 果 的 で あ る
れ るLSIチ
こ と を 示 して い る 点 で 評 価 で き る.
模 の 増 大 な ど の 問 題 よ り起 こ る テ ス トの 困 難 さ とテ ス ト灘
ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク な 解 法 に よ る合 成 手 法 で は,全 体 の
処 理 を,モ
ジ ュ ー ル 選 択 と 残 り の 問 題 と に 分 割 し,モ
ジ ュ ー ル 選 択 で の み 解 の 候 補 を複 数 列 挙 して,各
々の解候
ッ プ の テ ス ト技 術 も課 題 に な っ て い る.回
ス トの 増 加 を解 決 す る た め に,BIST(Built-inSelfTest)
やBOST〈Built-outSelfTest)な
BIST手
手 法 の 最 大 の 貢 献 点 は,効
るの はBOST技
果 的 なモ ジ ュー ル選 択 を行 う
ジュー
LSIチ
術 で あ る.BOSTで
数1ooo個
チ ッ プ は 時 間 と電 圧,電
る 可 能 性 が あ る,提 案 ア ル ゴ リズ ム は,先
い,
用 す る 数 を 後 で 決 定 す る 戦 略 を 取 る こ とで,専
用 演算 器 の
在 一 番 注 目 され て い
は テ ス トさ れ る1個 の
ッ プ に対 し1個 の テ ス タ チ ッ プが 配 置 さ れ,同
性 が あ り,網 羅 的 に列 挙 す る と計 算 時 間 が 指 数 的 に 増 大 す
見 積 もる 指 標 を 用 い て 使 用 す る 演 算 器 の種 類 を 限 定 し,使
ップ 面 積 増 大 な ど の
法 の 欠 点 を 回 避 す る た め,現
ル 選 択 の 解 の 総 数 は 入 力 サ イ ズ に 対 し て 指 数 的 で あ る可 能
に解 の コス トを
どの 手 法 が 数 多 く提 案
使 用 さ れ る よ う に な っ て い る.LSIチ
補 に 対 し残 りの 問 題 を 解 く とい う戦 略 を と っ て い る 。 こ の
ヒ ュ ー リス テ ィ ッ ク ア ル ゴ リズ ム の 提 案 で あ る.モ
以 上 のLSIテ
ス トが 行 わ れ る.従
っ て,テ
時に
ス タ
流 の 標 準 を 内 蔵 しな け れ ば な らな
本 論 文 で は 時 間 基 準 と な る 遅 延 回 路 と電 流 基 準 と な る 定
電 流 回 路 をPLL(Phase-LockedLoop)を
用 い て高 精度 化
活 用 に よ り拡 大 し た解 空 問 に お い て 無 駄 な解 の 探 索 を 省 き,
す る こ と を 提 案 す る.遅 延 園 路 で は,AC特
効 果 的 な 解 の 限 定 を可 能 と して い る.前
て,500MHz動
述 の厳密 解法 の実
路規
作 が 可 能 な2ps精
性 評価 にお い
度 の 遅 延 器 を 開 発 す る,
LSIに 組 み 込 ま れ た 電 流 基 準 は バ ン ドギ ャ ッ プ 定 電 圧 回 路
設 計 し た結 果,0.8%以
に 電 流 制 限 抵 抗 を付 加 し た 回 路 が 知 ら れ る の み で あ る.
る 回路 を構 築 で き る こ と を シ ミュ レ ー シ ョ ン よ り確 認 した.
LSI内
こ の 電 流 源 はBOST回
に実 装 可 能 な 抵 抗 は ±30%も
の 絶 対 値 誤 差 を もつ.
下 の 精 度 安 定 性 で 定 電 流 を提 供 で き
路 立 ち 上 げ 時 に1チ ッ プ あ た り数10
電 流 源 の 精 度 が こ の 誤 差 で 決 め ら れ て し ま う,LSI化
す る
μs程 度 の 時 間 で 初 期 化 校 正 を 行 う こ と が で き る の で,
場 合 に は ト リ ミ ン グ 手 法 を使 うの は 厄 介 で あ る.抵
抗 を
10,000個 の 並 列 テ ス トの場 合 で も数 秒 以 内 で 校 正 作 業 を 終
キ ャパ シ タ で 置 き換 え る ス イ ッチ ング キ ャパ シ タ 手 法 も提
案 さ れ て い る が,キ
ば な ら な い.本
第 五 章 は,本
ャ パ シ タ は 温 度 係 数 が 良 い もの の,絶
対 値 の 製 造 ば ら つ き は 依 然 と して ±15%は
え る こ とが で き る.
覚 悟 しな けれ
研 究 で提案 す る定電 流源 回路 はス イ ッチ ト
研 究 の ま と め で あ り,研 究 に よ っ て 得 られ
た 成 果 を 要 約 す る.
本 論 文 で 示 し た 構 成 や 設 計 手 法 は1%の
キ ャパ シ タ 回 路 の ス イ ッ チ ン グ 周 波 数 を 使 っ て 安 定 化 す る
BOST技
シ ス テ ム 的 な 手 法 で あ る.以 上 述 べ た 二 つ の 回 路 の 動 作 特
寄 与 す る こ とが で き る 。
性 の 解 析 お よ び試 作 測 定 を 通 して,提
を 実 証 す る.以
案 した回路 の有用 性
ス トに お け る 背 景 と 市 場 的 な 背 景 を 述 べ,特
(Built-out-self-test)技 術 に つ い て,そ
にBOST
求 され る技術 的 な
背 景 か ら本 研 究 の 目的 と 意 義 に つ い て 述 べ て い る.
第 二 章 で は,タ
流 制 御型 イ ンバ ー タで構 成 し
た 遅 延 素 子 を提 案 し,遅 延 時 間 の 特 性 を 考 察 した.全
延 回 路 の 設 計 で は,遅
延 素 子 を6段
ル 制 御 に よ り0∼63個
延 時間量
じ 遅 延 素 子 を 使 っ たVCO
(VoltageControlledOscillator)を
有 す る 外 部 のPLL回
階 で 調 整 で き る こ と を確 認 し た が,立
路
ち上 が りと
立 ち 下 が り時 の 出 力 信 号 波 形 の 非 対 称 問 題 が 残 っ た,
流 制 御 型 イ ンバ ー タ を従 属 接 続 す る,対
構成 の 遅 延 回路 な どの 幾 つ か の 試 み を 行 い,立
立 ち 下 が り遅 延 時 間 が235psと
50%の
ち上 が りと
ほ と ん ど 同 じ でDuty比
遅 延 回 路 を 実 現 で き た.し
か し,精 度 は2psと
か っ た もの の 遅 延 時 間 調 整 単 位 範 囲 が 目標 値 の2倍
た.そ
こ で,電
要
旨
し ろ い っ そ う の 低 価 格 化 が 求 め ら れ て い る.LSI
製 造 に お い て は,ウ
エ ハ 完 成 後,良
う.そ
行 い,さ
して,パ
品 の可能性 の 高 い もの
ず ウ エ ハ ・プ ロ ー ブ テ ス トを行
ッケ ー ジ に 組 み 立 て た 後 に 詳 細 な テ ス トを
ら に,長
時 間 か け て 高 温 ・低 温 を繰 り返 す バ ー ン
イ ン テ ス トに よ り壊 れ か か っ て い る も の を と り除 く作 業 を
の 高 価 なLSIテ
れ ぞ れ の テ ス トに は 専 用
ス タ を用 い な け れ ば な らず テ ス トコ ス トが
高 くな る 他 に,作
業 に 要 す る 時 間 も長 い と い う 問 題 が あ る.
ー ン イ ン テ ス トの 温 度 サ イ ク ル 中 に 通 常 のLSI
テ ス トを行 う装 置 を 開 発 し,テ ス ト時 間 短 縮 と コス ト削 減
を 行 う 考 え が 出 て きて い る.
著 者 ら は,LSIテ
ス ト機 能 を持 つ チ ッ プ を被 検 チ ッ プ に
隣 接 して 配 置 さ せ るBOST(BuiltOutSelfTest)手
第 三 章 で は,第 二 章 に 述 べ た 遅 延 回 路 の 非 対 称 性 問 題 を
解 決 す る た め,電
ら ず,む
そ こ で,バ
を 用 い て 解 決 す る.試 作 測 定 結 果 よ り,設 計 した 遅 延 回路
は64段
の
行 っ て 良 品 の み を 市 場 に 出 す.そ
ッ トの デ ジ タ
の 遅 延 素 子 を選 択 す る,遅
の 決 定 と そ の 安 定 化 は,同
体遅
階 で1,2,4,8,16,32個
の よ う に 配 置 し,設 定 遅 延 量 に応 じて,6ビ
査
生 産 量 は 着 実 に 増 加 して い る が,
だ け を組 み 立 て る た め,ま
イ ミ ン グ測 定 の た め に 研 究 した 遅 延 回 路
つ い て 述 べ る.電
調
チ ッ プ に 盛 り込 ま れ た 機 能 が 増 え る 割 に は 製 品 価 格 は 上 が
の社会 的 な位置 づ け
に,要
文
世 界 全 体 で のLSIの
第 一 章 は,序 論 で あ り,本 研 究 の テ ー マ と な っ たLSIテ
とPLLに
論
下 に本 論 文 の 概 要 と具 体 的 成 果 を 述 べ る.
お よ び 応 用 分 野 を示 し て い る.更
精 度 を持 つ
術 に 適 用 で き,テ ス ト時 間 の 短 縮 や コス ト低 減 に
目 し て,従
法 に注
来 行 わ れ て い る 各 種 の テ ス ト項 目 をBOST
チ ッ プ に押 し込 む 研 究 を 行 っ て きた.BOST手
に 数1,000個
も のLSIチ
法で は 同時
ッ プ を 並 行 して テ ス トす る の で,
が
装 置 形 態 が バ ー ン イ ン装 置 に 類 似 す る もの と な り,バ
高
イ ン と通 常 テ ス トを 同 じ装 置 で 行 え る 可 能 性 が あ る.し
となっ
し,同
流 制 御 型 イ ンバ ー タ を 並 列 接 続 し,各 対 応
BOSTチ
時 に 多 数 のLSIを
ッ プ に 電 圧,電
テ ス トす る た め,そ
流,タ
ーン
か
れ ぞ れの
イ ミ ン グ測 定 な ど の 基 準 を
遅 延 セ ル を ラ ッチ 回 路 で 同期 化 す る相 補 型 ダ イ ナ ミ ッ ク イ
持 た せ る必 要 性 が 出 て く る 。 こ こ で,チ
ンバ ー タ 遅 延 回 路 を新 し く提 案 し,シ
度 が 悪 い と外 部 コ ン ピ ュ ー タ に よ る再 計 算 や 割 り込 み 制 御
ミュ レ ー シ ョ ン に よ
ップ内蔵基 準 の精
り単 位 遅 延 時 間 を80psヨ.25psと
前 記技 術 の半 分以 下 に調
な どが 必 要 と な りテ ス トシ ス テ ム が 複 雑 に な る こ とか ら,
整 で き,波 形 の 非 対 称 性 も1%以
下 に抑 え る 見 通 し を 得 た,
少 な く と も1%精
第 四 章 で は,BOST用
つ い て 述 べ る.ス
抵 抗 が,プ
組 み込 み高精 度定 電流 源 の設計 に
イ ッチ トキ ャ パ シ タ に よ り作 製 した 等 価
ロ セ ス ば らつ き を持 つ 容 量 値 の 他 に,ス
イ ッチ
度 が 不 可 欠 とな る.電
ドギ ャ ッ プ 回路 と い う広 い 温 度 範 囲 で 高 精 度 基 準 電 圧 を 出
力 す る 回路 が 知 ら れ て い る.し
か し,電 流 基 準 や 遅 延 時 間
測 定 基 準 に は 良 い も の が な か っ た.本
ン グ 周 波 数 に よ っ て も制 御 で きる 点 に 着 目 し,外 部 校 正 電
(PhaseLockedLoop)を
流 源 を使 っ て チ ッ プ毎 に ス イ ッチ ン グ 周 波 数 を 校 正 記 憶 す
度 に 制 御 す る研 究 を行 い,実
る手 法 を 提 案 した.校
方 式 の 有 効 性 を示 し た も の で あ る.
正 に よ りチ ッ プ 毎 に 決 ま っ た 周 波 数
は水 晶 振 動 子 を 用 い た シ ス テ ム 基 準 周 波 数 を 用 い てPLL
に よ り安 定 に 保 つ こ とが で き る.こ
の 方 式 に 適 した 回路 を
圧 に 関 して は バ ン
ま ず 著 者 は,PLL内
論 文 は,PLL
用 い て遅 延 時 間 と電 流 値 を高 精
際 に 回 路 設 計 ・試 作 して そ の
の 電圧 制 御 発 振 器 と遅 延 回路 本 体
部 に 外 部 参 照 ク ロ ッ ク で バ イ ア ス 電 圧 が ロ ック さ れ た 同 じ
電 流 遅 延 制 御 回路 を 用 い て,6bltデ
設 計 ・試 作 し,100psレ
ジタル制 御遅 延 回路 を
ベ ル の 遅 延 調 整 の 可 能 性 を 見 出 し,
そ の 構 成 の 有 効 性 を確 認 した.
次 に 課 題 と し て 残 さ れ た,参
VCO発
生 矩 形 波 のDuty比
延時 間
め て対称 性 の
い う 高 い 遅 延 精 度 を 持 つ 遅 延 回 路 を得
る こ とが で き る こ と を示 した.
ま た,単
州大学
河
原
康
査)・
〃
〃
廣
期
佐千 男
〃
〃
中
尾
充
〃
位 遅 延 時 間 を 短 くす る た め,電
ら にCMOSイ
論
流 遅延 嗣御 回路
に な っ て し ま う 問 題 は あ る もの の,極
を並 列 に 並 べ,さ
査)九
(副
教
授
雄
宏
の 改 善 と,Rise/FallTimeの
を 直 列 に対 と して 並 べ る 回 路 を設 計 ・試 作 し て,遅
良 い 波 形 と1psと
(主
照 クロ ックと同期す る
揃 っ た 特 性 を持 つ 遅 延 回 路 開 発 の た め,電
が2倍
論 文調査 委員
流 遅 延 制 御 回路
ンバ ー タ で 正 帰 還 を 掛 け
文
内
容
の
要
旨
セ ル オ ー トマ ト ン(以 下CA)は,自
己 増 殖 機 能 を もつ
シ ス テ ム の 理 論 的 モ デ ル と して195o年
に よ り提 案 さ れ た,1980年
代 にvoxxNeumann
代 に 入 り,そ れ ま で2次
ル が 中 心 だ っ たCA理
論 に対 し,Wolframは
論 的 モ デ ル と して1次
元CAを
線 形 系,周
オ ス 系,非
期 解 系,カ
力 学 系 に 対 応 させ 研 究 し,
線 形 系 の4種
類 に分 類 し
た.さ
度 は 若 干 劣 る も の の130ST方
種 々 の 分 野 で の 複 雑 現 象 の 理 論 的 モ デ ル と してCAの
十 分 な2ps精
度10ops単
用 に 対 して
位の 遅延 制御 が実現 で きるこ と
を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り確 認 し た.ま
た,遅
延ユ ニ ッ ト
を組 み 合 わ せ る マ ル チ プ レ クサ も差 動 化 で き る た め,そ
で の 遅 延 時 問 も シ ン グ ル エ ン ド方 式 の4.39itSか
こ
らO.61RS
と著 し く短 くで き る こ と を確 認 して い る 、
さ ら に,電
流 基 準 と して は,電
ら に,コ
複雑 現象 の理
る 遅 延 ユ ニ ッ トを 考 案 し,直 列 に 対 配 置 す る方 式 に 比 べ 精
式 の テ ス タLSI応
ン ピ ュ ー タ 性 能 の 飛 躍 的 な 向 上 に 伴 い,
性 が 再 認 識 さ れ,現
在 に 至 っ て い る.そ
科 学 ・工 学 分 野 で は 相 転 移,乱
現 象 で は 地 震,森
は組織 形 成
元モデ
林 火 災,エ
脳機能
流,画
重要
の 応 用 例 と して は,
像 ・信 号 処 理,自
ル ニ ー ニ ョ現 象,生
然
命現 象 で
社 会 現 象 で は 交 通 渋 滞 解 析,景
気変
動 な ど多 岐 に わ た っ て い る,
圧 基 準 の バ ン ドギ ャ ッ プ
CAの
構 造 は 非 常 に 単 純 で あ る が,そ
の大域 的 な挙 動 は
回路 に抵 抗 をつ け て 電 流 に 変 換 す る 回 路 方 式 を採 用 して,
非 常 に複 雑 で あ る.そ
こで,本
そ の 抵 抗 を ス イ ッチ トキ ャ パ シ タ で構 成 し,そ の ス イ ッチ
規 則 を もつ1次
態 有 限CAの
ング 周 波 数 を シ ス テ ム 電 源 投 入 時 に 外 部 定 電 流 源 で 校 正 ・
ピ ュ ー タ 実 験 お よ び 組 合 せ 論 的 検 証 に よ り,そ の 挙 動 の 基
記 憶 し,PLLで
本 的 な特 徴 で あ る リ ミ ッ トサ イ ク ル の 周 期 と そ の 個 数 お よ
維 持 す る 方 式 を 提 案 し た.シ
シssン の 結 果 に よ り,a8%程
ミュ レ ー
度の 精度 の定電 流 を得 るの に
要 す る 校 正 記 憶 時 間 は 数10μs程
度 と 短 く,10,000個
の同
時 テ ス トを 行 う 場 合 で も数 秒 で 全 体 の 校 正 作 業 を 行 え る こ
と を 明 ら か に した.
ス トの 低 コス ト化 ・高 速
化 で 注 目 さ れ て い る超 並 列BOST方
式 に 対 応 で き るLSIテ
ス ト用 遅 延 器 と 定 電 流 源 回 路 に つ い てPLLを
度 化 す る提 案 を 行 い,実
用 いて 高精
際 に そ れ ら の 團 路 を 設 計 し,そ の
有 用 性 を 明 ら か に した もの で,電
子 デバ イス工 学上価 値 あ
っ て 本 論 文 は博 士(工
学)の
学位 に値 す
る も の と 認 め る.
ら にCAの
逆 像 数 列 に つ い て,以
値 型CAは
可 逆 性 の 必 要 条 件 を与 え る
傍 局所 遷 移規 則 の なか で閾値 型規 則
は38種 類 存 在 す る.こ
の 閾 値 型CAに
下 で あ り,周
期2,3,4の
あ る.こ
達
郎(大
学 位 記 番 号
シ情
学 位 授 与 の 日付
平 成20年3月26日
分 県)
博 甲 第338号(理
学)
学 位 論 文 題 名AStudyORTraftsieatLeRgthsof
ミ ッ トサ イ ク ル の 周
リ ミ ッ トサ イ クル は 同
の 新 貝 の 結 果 を コ ン ピ ュ ー タ 実験 お よ び 数 学 的 解
もつCAに
つ い て は,周
トサ イ ク ル を もつCAに
は,周
なCAに
期3ま
た は4の
つ い て,灘
つ い て 薪 た な 結 果 と し て,
ル の 個 数 をnと
下 の リ ミ ッ トサ イ ク ル を
期 が1(不 動 点)ま
つ い て は,先
リ ミ ッ トサ イ ク ル を もつ さ ら に 複 雑
Se(集uencesforTripletLocalTransition
こ と を見 出 し,こ れ ら の う ち 特 に 周 期3の
Rules
ル を もつCAに
つ い て,リ
渡 長 を計 算 した.
(3)近 年,量
究)
お り,古 典 的CAの
リ ミッ
ン ピュ ー タ実 験 に よ り ⑳ 種 類(規
号:6,24,27,33,38,46,57,58,130,152)存
(セ ル オ ー トマ ト ン の 過 渡 長 お よ び3近
た は2の
行 研 究 が あ る.著 者
CellularAutomataandInverseImage
傍 局 所 遷 移 規 則 の 逆 像 数 列 に関 す る研
する と
下 で あ る」 と い う こ と を 証 明 した.
(2)閾 値 型 規 則 以 外 で 周 期 が4以
藤
員 の定
時 に は 起 こ り え な い 」 が 知 ら れ て お り,あ る 種 の 安 定 性 が
析 を通 し再 検 証 し,閾 値 型CAに
籍)佐
つ い て は,薪
理 「全 て の 固 定 境 界 条 件 に お い て,リ
き過 渡 長 は3R-4以
名(本
ン
下 の よ うな 結 果 を 得 た.
「全 て の 固 定 境 界 条 件 に お い て,セ
氏
挙 動 に つ い て,コ
ニ ュ ー ラ ル ネ ッ トワ ー クの モ デ ル と して
利 用 され て い る.3近
期 は4以
傍 局所 遷 移
様 相 か ら リ ミ ッ トサ イ ク ル に 到 達 す る ま で の
最 大 遷 移 回 数),さ
(D閾
以 上 要 す る に,本 研 究 はLSIテ
る 業 績 で あ る.よ
び過 渡 長(各
元2状
研 究 で は,3近
則番
在する
リ ミ ッ トサ イ ク
ミ ッ トサ イ ク ル の 個 数 お よ び 過
子 計 算 に 関 連 して 可 逆CAに
注 §が 集 ま っ て
量 子 化 問 題 が 議 論 さ れ て い る.そ
こ で,
3近 傍 局 所 遷 移 規 則 を もつ2状
周 期 境 界,自
態 有 限CAの
可 能 な もの を 決 定 し た.こ
子化
の 検 証 の 本 質 的 ア イ デ ア は,3
近 傍 局 所 遷 移 規 則 を も つ 可 逆CAに
個 の セ ル の 状 態 の 逆 像 は4個
(4)可
中 で 固 定 境 界,
由 境 界 の す べ て の境 界 条 件 に 対 して,量
お い て は,連
続 す るn
と を 証 明 し て い る.
(2)閾
値 型 規 則 以 外 で,周
動 点)ま
た は2の
リ
ミ ッ トサ イ ク ル を もつ セ ル オ ー トマ トン の構 造 は 比 較 的 に
簡 単 で あ る.著
は4の
で あ る と い う事 実 に あ る.
期 が1(不
者 は,コ
ン ピ ュ ー タ実 験 に よ り周 期3ま
た
リ ミ ッ トサ イ ク ル を もつ 閾 値 型 規 則 以 外 の セ ル オ ー
逆 性 検 証 の 本 質 的 ア イ デ ア を 一 般 化 し,局 所 規 則 を
トマ ト ンが10種
もつ グ ラ フ上 の 遷 移 系 の 大 域 遷 移 関 数 が 可 逆 で あ る た め の
57,58,130,152)存
必 要 十 分 条 件 を示 した.ま
オ ー トマ ト ンに つ い て リ ミ ッ トサ イ ク ル の 周 期 と そ の 個 数
た,す
べ て の3近 傍 局 所 遷 移 規
則 に 対 し て,逆 像 数 列 の 再 帰 式 を コ ン ピ ュ ー タ実 験 か ら求
め,そ
れ ら が 正 しい こ と を 証 明 し た.さ
正 則 表 現 をdeBruijnオ
ら に,逆 像 集 合 の
類(規
則 番 号:6,24,27,33,38,46,
在 す る こ と を見 出 し,こ れ らの セ ル
お よ び過 渡 長 を決 定 して い る.
(3)近 年,量
子 計 算 に 関 連 し て,古
傍 局 所 遷 移 規 則 を もつ2状
論
文
調
セ ル オ ー トマ トン は,細
め にvonNeumannに
査
の 要
旨
固 定 境 界,周
胞 の 自 己 増 殖 機 能 を模 倣 す る た
よ っ て導 入 され た 理 論 モ デ ル で あ る.
期 境 界,自
態 有 限 セ ル オ ー トマ ト ンの 中 で
由 境 界 を もつ2560個
ア イ デ ア は,3近
傍 局 所 遷 移 規 則 を も つ 可 逆 セ ル オ ー トマ
ト ン に お い て は,連
列 し,セ
あ る と い う事 実 に 基 づ く.
ル の 状 態 を 局 所 的 に相 互 参 照 す る こ と に よ っ て 遷
は,簡
ル オ ー トマ トン の 大 域 的 な 挙 動
単 な 局 所 的 構 造 に もか か わ らず 複 雑 で あ る.1980年
代 に入 り,Wolframは1次
オ ス 系,非
で は,CA-110の
線 形 系 の4種
形 系,
類 に分 類 した.最
近
計 算 万 能 性 の 証 明 や セ ル オ ー トマ ト ン の
可 逆 性 に 関 す る 話 題 が 注 目 さ れ,量
子計 算 や分子 計算 な ど
を 含 む 自然 計 算 と呼 ば れ る 分 野 に お い て,セ
ン研 究 は 活 性 化 し て い る.ま
た,コ
(4)(3)に
続 す るnセ
ル の 状 態 の 逆 像 は4個
で
お け る 可 逆 性 検 証 の ア イ デ ア を一 般 化 し,局 所
規 則 を もつ グ ラ フ 上 の 遷 移 シ ス テ ム の 大 域 遷 移 関 数 が 可 逆
元 セ ル オ ー トマ トン を 物 理 学 に
お け る 複 雑 現 象 の 理 論 的 モ デ ル と して 取 り上 げ,線
周 期 解 系,カ
に 対 し て,
量 子 化 可 能 ・不 可 能 性 を決 定 して い る 。 この 検 証 の 本 質 的
そ の 構 造 は セ ル と呼 ば れ る 単 純 な オ ー トマ トン を 一 様 に 配
移 す る シ ス テ ム で あ る.セ
典 的 セ ル オ ー トマ トン
の 量 子 化 お よ び 可 逆 性 が 議 論 され て い る.本 論 文 は,3近
ー トマ トン を 利 用 して 計 算 し た.
ル オ ー トマ ト
ン ピュー タの飛躍 的 な
で あ る た め の 必 要 十 分 条 件 を与 え て い る.ま
3近 傍 局 所 遷 移 規 則 に対 して,逆
た,す
べ ての
像 数列 の分 散 の上 限 お よ
び 再 帰 式 を コ ン ピ ュ ー タ実 験 か ら予 測 し,そ れ が 正 しい こ
と をす べ て の3近
ま た,逆
傍 局 所 遷 移 規 則 に 対 して 検 証 して い る.
像 数 列 は 局 所 規 則 の 興 味 あ る1つ
る こ と を示 して い る.さ
の分類 法 を与 え
ら に,逆 像 集 合 を 記 号O,1か
る 言 語 とみ な し,そ れ ら の 正 則 表 現 を連 立1次
らな
集 合方 程式
性 能 向 上 に 伴 い セ ル オ ー トマ トン法 の 適 用 可 能 分 野 が 拡 大
に よ っ て 計 算 し,遷 移 規 則 の 間 の 関 係,お
し,相 転 移,乱
像 数 列 お よ び 逆 像 集 合 に 及 ぼ す 影 響 を視 覚 的 にdeBruijn
流,画
ル ニ ー ニ ョ現 象,組
像 ・信 号 処 理,地
織 形 成,脳
震,森
機 能,交
な ど多 岐 に わ た っ て応 用 さ れ て い る.し
林 火 災,エ
通 渋 滞,景
気 変動
か し,セ ル オ ー ト
マ ト ン に 関 す る 一 般 的 な 基 礎 理 論 は 未 成 熟 で,応
用 シ ミュ
よ び そ れ らが 逆
オ ー トマ ト ン を利 用 して 説 明 して い る.
以 上 要 す る に,本
研 究 は,3近
ル オ ー トマ トン の 過 渡 長,グ
傍 局所 遷 移規 則 を もつ セ
ラ フ上 の 遷 移 シ ス テ ム の 可 逆
レ ー シ ョ ンの 結 果 に 関 す る 妥 当 性 を保 証 す る ま で に至 っ て
性,逆
い な い.こ
自 然 計 算 に 関 す る 基 礎 理 論 に つ い て の 成 果 で あ り,情 報 科
れ る1つ
は3近
れ らが セ ル オ ー トマ トンの 理 論 的 研 究 が 求 め ら
の 理 由 で あ る.こ
の よ う な 状 況 に お い て,本
傍 局 所 遷 移 規 則 を もつ1次
元2状
研究
態有 限 セ ルオー ト
像 数 列 に 関 す る 法 則 性 に つ い て 論 じた も の で あ り,
学 に対 し て価 値 あ る 業 績 で あ る と認 め る.よ
は 博 士(理
学)の
っ て,本
論文
学 位 に値 す る も の と して 認 め る.
マ トンの 基 本 的 な挙 動 で あ る リ ミ ッ トサ イ ク ル の 周 期 と そ
の 個 数 お よ び過 渡 長(各
様 相 か ら リ ミ ッ トサ イ ク ル に 到 達
す る ま で の 遷 移 回 数),さ
ら に セ ル オ ー トマ トン の 可 逆 性
の 必 要 条 件 を与 え る 逆 像 数 列 につ い て,以
下の ような理論
的 結 果 を得 て い る.
(1)3近
傍 局 所 遷 移 規 則 の な か で,ニ
ュ ー ラ ル ネ ッ トワ ー
ク の モ デ ル に 利 用 さ れ て い る 閾 値 型 は38種
類 あ る.こ
の
氏 名(本
籍)EleazarJim6nezSerrano(メ
学 位 記 番 号
シ情
学 位 授 与 の 日付
平 成20年4月30日
あ る 」 が 成 り立 ち,あ
usingControlledDan/PetriNets+
る 種 の 安 定 性 が あ る.こ
下で
(コ ン トロ ー ル ダ ンペ トリ ネ ッ ト+を 用
い た 多 重 同 時 制 御 に 関 す る 研 究)
の新 貝の 結
果 を コ ン ピ ュ ー タ 実 験 お よ び 数 学 的 解 析 を 通 し再 検 証 し,
論 文 調査委 員
閾 値 型 セ ル オ ー トマ ト ン に つ い て新 た な 結 果 と し て,「 セ
(主
査)九
ル の 個 数 をnと
(副
査)〃
す る と き過 渡 長 は3n-4以
下 で ある」 こ
報 科 学)
学 位 論 文 題 名MultipleandSimultaneousControl
閾 値 型 セ ル オ ー トマ ト ン に つ い て は,新 貝 の 定 理 「
全ての
固 定 境 界 条 件 に お い て リ ミ ッ トサ イ ク ル の 周 期 は4以
キ シ コ)
博 甲 第339号(情
州大 学
教
授
〃
荒
木
啓二 郎
山
下
雅
史
(副
査)九
〃
州大 学
〃
教 授
准教 授
福 田
日下 部
晃
茂
reduction
of the
with Controlled
amount
Dan/Petri
論
論 文 内 容 の 要 旨
There
events
are
several
systems
exists
approaches
and
a theory
Petri
of control
Controlled
Petri
nets
underlying
system
nets
is one
of discrete
is a Petri
with
in the
case,
control
general
necessary
creating
large
many
large
controller
subnets
thesis
how
to
controller
focuses
reduce
called
reduces
the
subnets.
ト リ ネ ッ トは,基
本
the
ン の 二 種 類 の 節 点 か らな る 有 向 グ ラ フ と して 表 現 され,並
行 動 作 シ ス テ ム や 制 御 シ ス テ ム な どの 記 述 と 分 析 に 広 く用
subnet
い ら れ て お り,種
However,
and control
event
that
require
using
inhibitor
and
simultaneous
Controlled
of
this,
will
a lot
々 の 拡 張 も な さ れ て きた.こ
れ らの ペ ト
リネ ッ トは,直 観 的 に 理 解 しや す い 図 式 表 現 で あ る 一 方,
arcs
シス テムが 複雑 に なれ ば節点 や枝 の個 数 な らびに相互 の接
systems,
of multiple
using
inhibitor
of
続 が 複 雑 に な る た め に 逆 に わ か りづ ら く な る と い う特 性 を
control
in
with
a new
nets*,
which
subclass
will
and
is a new
Petri
nets,
net
control
solve
our
multiple
looks in the second
with
simultaneous
using
Controlled
multiple
second
problem,
we
control
approach
modeled
and define
on how to
Dan/Petri
nets
use
and
ン ト ロ ー ル 節 点 の 組 み 合 わ せ に よ っ て,ペ
multiple
form
of controller
using
a specific
multiple
and
type
simultaneous
and
トリ ネ ッ トの 分 野 に新 た な 表 現 方 法 を提 案 し
第 二 に,コ
理 プ ロ グ ラ ム を作 成 した.ペ
行 っ て,コ
optimization
on
the
of multiple
statement
optimal
if the number
control
certain
subnets
optimal
fulfills
the statement.
thesis
will
be
of transitions"
and
multiple
the
places
subnet
is
is the smallest
to
, and several
algorithms
are
and simultaneous
At the end, the main
synthesis
of
results
to
form
of valid
using
Controlled
of control
places,
第 三 に,Xン
トロ ー
一
一ル ・ダ ン ・ペ ト リネ ッ トの 具 体 的 応
用 の 可 能 性 に つ い て 論 じた.コ
ン トロ ー ル 節 点 の 個 数 を減
少 させ て よ り簡 潔 な ペ ト リ ネ ッ ト表 現 を 得 る だ け で な く,
査 作 業 の た め の 特 殊 操 作 な どへ の 応 用 が 期 待 で き る こ と を
and
in the
subnet
価 で き る.
in this
multiple
control
トリ ネ ッ トの 拡 張 で あ る コ ン トロ ー ル ・ダ
情 報 機 械 シ ス テ ム の 製 造 に お け る装 置 の 構 造 の 単 純 化 や 検
and
control
要 な記 憶 領 域 の 評 価 を
that
multiple
simultaneous
the number
defined
optimal
simultaneous
by reducing
types
control
ト リ ネ ッ トの構 造 と状 態 に 対
ン ・ペ トリ ネ ッ トの 実 現 可 能 性 を 具 体 的 に 示 した こ と は 評
control
"a controller
of control
number
controller
synthesize
and simultaneous
that
の処
ン トロ ー ル節 点 の 最 小 化 の 効 果 を実 証 した,こ
れ に よ っ て,ペ
The
ン トロ ー ル 節 点 の 個 数 が 最 小 と な る コ ン ト
す る 内 部 表 現 と して 行 列 を 用 い,必
control
subnet.
is based
際 会 議 等 に お い て も高 い 関
ロ ー ル ・ダ ン ・ペ トリ ネ ッ トの 構 成 方 法 を示 して,そ
Controlled
multiple
valid
を ペ トリ ネ ッ トに 導 入 す る こ とで 複 雑 な 振 舞 い を 簡 潔 に 表
た こ とが 評 価 され た.
in the
トリ
ン と名 付 け た 概 念 的 な 階 層 構 造
現 す る 方 法 を与 え た も の で,国
心 を よび,ペ
the
using
れ は,ダ
nets ±.
how to optimize
control
called
火 の 中 断 や 再 開 の 制 御 を 行 う と い う制 御 方 式 に基 づ
い て,コ
ネ ッ トの 動 作 を 制 御 す る コ ン トロ ー ル ・ダ ン ・ペ トリ ネ ッ
without
place
an optimal
asymmetric-choice
nets',
や,発
トを提 案 した.こ
subnets
and simultaneous
ト リネ ッ トに 特 別 の 属 性 を持 つ コ ン トロ ー ル
ラ ン ジ シ ョ ンの 発 火 に お け る非 決 定 性 に対 す る 選 択 的 嗣 御
in the
but
第 一 に,ペ
の特性 や
下 の 点 で 評 価 で き る.
節 点 を導 入 した コ ン トロ ー ル ・ペ トリ ネ ッ トを 用 い て,ト
present
of the approach
asymmetric-choice
ン トロ ー ル ・ダ ン ・ペ トリ ネ ッ トと 名 付 け て,そ
応 用 に つ い て 論 じた もの で,以
of multiple
we
たな属性
を麿 す る節 点 を 導 入 して ペ トリ ネ ッ トの 拡 張 を行 な い,コ
that
net,
トリ ネ ッ トに よ っ て 記 述 され た 工 業 生 産
ラ イ ン に お け る 制 御 装 置 や 家 電 製 品 の コ ン トロ ー ラ な ど の
情 報 機 械 シ ス テ ム の 振 舞 い を 制 御 す る た め に,新
controller
the behavior
Then,
in
control
arcs.
simultaneous
subnet
one
asymmetric-choice
the modeling
this thesis
Dan/Petri
places
use
本 論 文 で は,ペ
problem
control
places
is explained
control.
controller
To
on the
simultaneous
control
multiple
allows
form
construct
and
of
Dan/Petri
Finally,
we
arcs to reproduce
that
place
number
multiple
called
first
For
approach
net
extension
in the
number
The
of Petri
nets+
旨
and
discrete
the
subnets.
approach
of
要
有 す る.
This
of
の
where
memory.
of
査
systems
inputs.
places
to model
調
的 に は状 態 を 表 す プ レー ス と状 態 遷 移 を 表 す トラ ン ジ シ ョ
system
external
created
nets+.
リペ ト リネ ッ トが 用 い ら れ て きた.ペ
There
net and the controller
connected
文
in models
離 散 事 象 シ ス テ ム を モ デ ル 化 す る 図 式 表 現 と して 従 来 よ
discrete
of them.
events
is a modeling
is an extension
are
for modeling
of memory
Dan/Petri
and the
示 した 。
以 上,本
論 文 は,離
散事 象 シ ス テ ム を記 述 す るペ トリ
ネ ッ トに対 して コ ン トロ ー ル ・ダ ン ・ペ ト リ ネ ッ ト と名 付
け た 拡 張 を提 案 す る こ と に よ っ て,複 雑 な ネ ッ トワ ー ク構
成 を簡 潔 に記 述す る方 法 を提 案 す る とと もに,ペ トリネ ッ
元 の 任 意 の 種 類 の 空 間 デ ー タ を記 述 で き る も の の,デ
トに関 す る新 た な概念 的 階層化 の可 能性 を示 した もの で情
モ デ ル の 性 質 上,空
報科 学 上寄与 す る ところが 大 きい.よ って,本 論 文 は博 士
き な い.そ
(情報科 学)の 学 位論 文 に値 す る もの と認 め る,
す る に は,多
の た め,和,差,積
な ど の2項
り,凸 胞 複 体 よ り も効 率 が 悪 い.そ
氏 名(本
籍)陸
学 位 記 番 号
学 位 授 与 の 日付
応
シ情
亮(中
(副
平 成20年4月30日
問 題 に な る.最
も単 純 な デ ー タベ ー ス 表 現 法 は,凸 胞 複 体
ShapeSimilarityRetrievalofSpatial
DatabaseSystems
(incidentrelationship)を
(空 間 デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム に お け る 凸
の グ ラ フ 表 現 の こ と は,接
胞 複 体 の 圧 縮 と3次 元 形 状 の 類 似 検 索)
と呼 ば れ る,接 続 グ ラ フ 表 現 を行 っ た 場 合,3次
准教 授
金
教
〃
子
邦
が あ る.例
彦
文
口
倫 一郎
間 デ ー タ を,接 続 グ ラ フ表 現 して み た と こ ろ,デ
啓 二郎
ズ は,1Mバ
容
の 要
内
旨
め に,接
ンピュー タ グラ フィ ック
論 文 で の 研 究 の 狙 い は2つ
間 デ ー タ を記 述 し,
案 され て い る 現 状 で あ る,空
々の空 間 デー タモ デルが提
間 デ ー タモ デ ル は,空
間 デー
リ ゴ ンや ボ クセ ル な どの 基 本 要 素 の 集 ま り
と して 表 現 す る に と ど ま らず,元
Vector(CCPV)法
を新 し く提 案 す る.CCPV法
ル の 接 続 関 係 を,グ
ラ フ の 枝 で は 無 く,セ ル 符 号 ベ ク トル
ル は,各
セ ル 符 号 ベ ク トル は,Herbertら
トル(PositionVector)を
の 空 間 デ ー タが 持 つ 位 相
す る,セ
基 礎 と し,点 に 限 らず 一 般 の セ
サ イ ズ は,既
存 の 空 間 デ ー タ ベ ー スDEDALEの
あ るDNFで,デ
間 デー タの持 つ位相 情 報 を記
来 の 空 間 デ ー タベ ー ス 研 究 に お い て は,凸
胞複
呼 ば れ る 凸 な 立 体 を記 述 す る
た め に 利 用 さ れ る に と ど ま っ て い て,一
記 述 に は利 用 され て い な か っ た.本
般 の空 間デ ー タの
論 文 で は,任
意 次元 の
を使 い,実
ー タ サ イ ズ が 小 さ く表 現 で き る 凸 多 面 体
験 的 に デ ー タサ イ ズ を評 価 した.球
る 凸8面 体,凸32面
体,凸128面
と して 作 り,比 較 し た と こ ろ,セ
ル 符 号 ベ ク トル で 表 現 さ
れ た 凸 胞 複 体 の デ ー タサ イ ズ は,DNFを
が 示 せ た.さ
トル と し て,CCPVの
ら に は,任
ベ ク トル を圧 縮 し て で きた もの で,セ
任 意 の 種 類 の 空 間 デ ー タ に対 して,そ
れ が 凸 胞 複 体 と して
種 の2項
幾 何 演 算(和,差,積
ど)が 効 率 良 く評 価 で き る こ と を示 す.こ
の 点 は,従
デ ー タ ベ ー ス研 究 に 無 か っ た 特 徴 で あ る,例
空 間 デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ムDEDALEで
デ ー タ モ デ ル と し て,線
(DNF:disjunctivenormalform)が
え ば,既
は,空
な
ー タ サ イ ズ は小 さ い.
存の
数 多 く提 案 さ れ て い る現 状 で あ る.そ
意次
元 空 間デ ー タに対 す る類似 検索 法 は
れ ら は,3次
ル の 全 体 的 な形 状 類 似 性 の み を取 り扱 う もの,位
の み を取 り扱 い,形
ル符号
ル 符 号 ベ ク トル と等
元 デ ー タ の 部 分 類 似 性 に よ る 新 しい 検
索 法 も提 案 す る.3次
形 の多 項 式 の論 理和 標 準 形
使 わ れ て い て,任
本 論 文 で は,3次
か ら なる ベ ク
考 案 を 行 っ た.CCPVは,セ
来の
間デー タ
上 回 らない こ と
ら に は,+,一,0,dの4値
価 な情 報 を 持 ち,デ
面 に内接 す
体 を実 験 用 の 空 間 デ ー タ
て 一 般 的 に 記 述 で き る こ と を 示 す.さ
記 述 さ れ て い れ ば,各
空 間 デー
採 用 さ れ て い る 空 間 デ ー タモ デ ル で
任 意 の 種 類 の 空 間 デ ー タが 持 つ 位 相 情 報 を,凸 胞 複 体 と し
意 次元 の
胞複体 の デ ー タ
タ モ デ ル よ り も小 さ く な り え る こ と を 実 験 的 に 示 せ る に
論 文 で は,既
存 の数 学 的 概 念 で あ る 凸胞 複 体
ル間の 位相 関係 を記 述
ル 符 号 ベ ク トル を使 う こ と で,凸
られ る.本
ル(Cell)と
ル 符号 ベ ク ト
が 提 案 した 点 の 符 号 ベ ク
か ら構 成 され る ベ ク トル と して,セ
至 っ た,DEDALEで
体 の 概 念 は,セ
して 表 現 す る.セ
で は,セ
セ ル が 属 性 と して 持 つ 固 定 長 の ベ ク トル で あ る.
本 要 素 間 の 関 係 と して 記 述 す る と い う 方 法 が と
述 す る.従
胞 複 体 で の デ ー タ サ イ ズ を小 さ くす る た
続 グ ラ フ 表 現 に 替 わ るCompressedCellPosition
情 報 を,基
使 い,空
ー タサ イ
ル を 扱 え る よ う に 拡 張 し た も の で あ り,+,一,0の3値
現 す る た め の 検 索 技 術 で あ る.
空 間 デ ー タ を扱 う た め に,種
元空
イ トを 超 え る こ とが 分 か っ た.
(CellPositionVector)と
あ る.1
う1つ は,3次 元 デ ー タの 部 分 類 似 性 に よ る検 索 を 実
(CellComplex)を
程 度 の3次
木
間 デ ー タベ ー ス にお い て,空
に,ポ
数 が200個
荒
ン ピ ュ ー タ ビジ ョ ン,分 子 生 物 学 等 の さ ま ざ ま な分
タ を,単
元 以上 の
谷
授
デ ー タベ ー ス と して 表 現 す る た め の 空 間 デ ー タ モ デ ル で あ
る.も
続 グ ラ フ(incidencegraph)
〃
間 デ ー タ ベ ー ス は,コ
野 に 普 及 し て い る.本
つ は,空
枝 とす る グ ラ フ 表 現 で あ る.こ
え ば,面(face)の
本 論 文 で は,凸
論
ス,コ
ル 間 の接 続 関係
空 間 デ ー タの サ イ ズ が 巨 大 に な っ て し ま う と い う研 究 課 題
査)〃
現 在,空
間 デー タベ ー
胞 複 体 の デ ー タベ ー ス 表 現 法 が
の 基 本 要 素 で あ る セ ル を 節 と し,セ
州 大学
〃
間 デ ー タモ デ ル と して の 凸 胞 複 体
ス と して 実 現 す る に は,凸
論 文調査 委員
査)九
上 の こ とが,空
空 間 デ ー タモ デ ル と して の 凸 胞 複 体 を,空
報 科 学)
学 位 論 文 題 名CellComplexCompressionand3D
(主
の他 の既存 の 空 間デ ー
え る 空 間 デ ー タの 種 類 や 次 元 が 限 ら れ て
の良 さであ る。
国)
博 甲 第340号(情
幾 何 演 算 を評 価
数 の 線 形 制 約 式 の組 み 合 わせ を解 く必 要 が あ
タ ベ ー ス で は,扱
い る,以
ータ
間 デ ー タが 持 つ 位 相 情 報 が 陽 に 記 述 で
元モデ
相 類似 性
状 の 類 似 性 を扱 わ な い も の,部
分類 似
性 に 着 目す る も の に 大 別 さ れ る.部 分 類 似 性 に よ る 検 索 は,
3次 元 デ ー タ をユ ー ザ が 検 索 キ ー と して 与 え た と き,検 索
存 の マ ッチ ン グ ア ル ゴ リズ ム と比 較 す る.更
キ ー で あ る3次
ス ケ ル トン を 使 っ た,3次
元 物 体 の 任 意 の 部 分 と,形 が 類 似 して い る
よ う な 部 分 を 含 む3次 元 デ ー タ を デ ー タベ ー ス 内 か ら検 索
す る 機 能 で あ る.部 分 類 似 性 に よ る 検 索 の 実 現 は,3次
デ ー タか ら特 徴 量 を 抽 出 して 行 うが,部
る,Johnsor1とHebert[1999】
で は,元
似 検 索 に 関 す る 実 験 結 果 の 報 告 も行 う.
論
分 類 似 性 に よ る検
ら の ス ピ ン イ メ ー ジ(spin・
の3次
元 デ ー タ に 対 し て,任
意 の頂 点
の 位 置,幾
何 形 状,位
ん ど は,扱
か し,近 年,工
れ た 特 徴 量 は2次
元 の 画 像 で あ る.そ
の 他,2次
出さ
元 の画像
と して 特 徴 量 を抽 出 す る 手 法 が 種 々知 ら れ て い る。 本 論 文
で は,太
さ付 き ス ケ ル ト ン(skeltgn)と
抽 出 す る.3次
あ る が,部
して,特
徴 量 を
元 デ ー タ か らの ス ケ ル トン抽 出 法 は既 知 で
分 類 似 性 に よ る検 索 が で き る よ う に す る た め に,
ス ケ ル トン を構 成 す る 各 枝 に,以
属 性 と して 持 た せ る こ と が,独
下 で 説 明 す る 「太 さ」 を
創 的 な 点 で あ る.ま
ず,3
調
査
の
要
旨
世 界 に存 在 す る 空 間 物
相 構 造 な ど の デ ー タ を扱 う.空
デ ー タベ ー ス シ ス テ ム は 多 数 開 発 され て きた が,そ
と い う手 法 で,2次
ま り,抽
文
空 間 デ ー タベ ー ス シ ス テ ム は,実
の 法 線 ベ ク トル を軸 と す る 円 柱 面 を作 り,頂 点 を投 影 す る
元 の 画 像 を生 成 す る.つ
さ付 き
元
索 を 可 能 とす る よ う な特 徴 量 の 抽 出 法 霞体 が 研 究 課 題 で あ
image)法
に,太
元 デ ー タ の 部 分 類 似 性 に よ る類
間
のほと
え る 空 間 物 の 次 元 を1種 類 に 限 定 して い る.し
学 設 計 や 地 図 情 報 処 理 等 で2次
元の 空間物
と3次 元 の 空 間 物 を 統 合 管 理 す る こ と が 必 要 に な っ て き た.
2次 元 お よ び3次
き,2つ
元 の 空 間 物 を 統 一 的 に 扱 お う とす る と
の 大 き な 課 題 に 直 面 す る.差,積
な どの 空 間 物 の
2項 幾 何 演 算 を効 率 よ く実 行 で き る 表 現 法 と,次 元 の 違 う
空 間 物 同 士 の 高 精 度 な類 似 検 索 法 が な い こ とで あ る.空
物 を 凸 胞 集 合 と し て 表 現 す る 方 法 は,唯
次元 の統 一
一的 表 現 法 で あ る が,2項
一 の2次
間
元 及 び3
幾 何 演 算 の 効 率 が 悪 く,
次 元 デ ー タか ら ス ケ ル トン抽 出 を 行 う。 ス ケ ル ト ンは,多
実 用 性 が 低 い.ま
た,3次 元 の 空 間 物 を平 面 や 球 面 等 の2次
数 の 枝 が つ な が っ た 構 造 を な し,枝 は,連
元 に 投 影 し,2次
元 の 類 似 検 索 に 帰 着 さ せ る 手 法 は,次
つ な が り に な る .次
に,ス
ケ ル トンが 持 つ 位 相 情 報(ス
ル トン の枝 の つ な が り方)を
元 の3次
使 っ て,ス
ケ
ケ ル トン の 各 枝 と,
元 デ ー タ の マ ッ ピ ン グ を行 う.こ の マ ッ ピ ン グ の
こ と を,本 論 文 で は,部
果,ス
結 した 格 子 点 の
分 形 状 化 と 呼 ぶ.部
分形状 化 の結
ケ ル トン の枝 を構 成 す る格 子 点 ご と に,元
表 面 ま で の 最 短 距 離 を 求 め る こ とが で きる.こ
の物体 の
の最 短距 離
の 違 う空 問 物 同 士 の 類 似 検 索 法 と して 知 られ て い る が,投
影 の 時 点 で,隠
れ て い る 部 分 の 情 報 が 失 わ れ る た め,込
こ れ に対 して 本 研 究 は,空
問 物 の 表 現 法 と類 似 検 索 法 を
具 体 的 に提 示 し,2次 元 及 び3次 元 の 空 間 物 の 統 合 管 理 が 可
能 な 空 間 デ ー タベ ー ス シ ス テ ム の 設 計 と実 装 お よ び 評 価 実
験 を 通 じて 提 案 法 の 有 効 性 を 明 らか に し た も の で,以
最 短 距 離 を表 現 した 曲 線 が 定 ま る.こ
点 で 評 価 で きる.
の 曲 線 が 「太 さ」 で
れ で 太 さ付 き ス ケ ル トン が 出 来 上 が る.任
つ の 枝 の 類 似 度 は,枝
が 持 つ 太 さ に つ い て,既
意 の2
存 の ヒス ト
み
入 っ た 形 状 を扱 え な い とい う欠 点 が あ る.
は 格 子 点 ご と に求 ま る 数 値 で あ り,ス ケ ル トンの 各 枝 に は,
あ る.こ
元
第 一 は,空
間 物 の 表 現 法 と して,数
下の
学的概 念 であ る凸胞
複 体 に 基 礎 を 置 く新 しい 表 現 法 を 提 示 し,凸 胞 集 合 と比 べ
グ ラ ム 距 離 尺 度 を 適 用 して得 られ る量 と し て 定 義 され る 。
た と きの 優 位 性 を示 して い る 点 で あ る.任
こ う し て 構 成 さ れ た 太 さ付 き ス ケ ル トン は,サ
凸 胞 複 体 に 変 換 可 能 で あ り,表 現 能 力 の 点 で は 同 等 で あ る.
一一方 で
,凸 胞 複 体 は 凸 胞 集 合 よ り も2項 幾 何 演 算 の 効 率 が
位 置 不 変 性,回
転 不 変 性 を持 つ.太
い た 部 分 類 似 性 に よ る 検 索 は,検
の 任 意 の ス ケ ル トン1つ
次 元 デ ー タ を,デ
イ ズ 不 変 性,
さ付 きス ケ ル トン を 用
索キー
一で あ る3次
元物 体
の 枝 と類 似 した 枝 を持 つ よ う な3
ー タ ベ ー ス 内 か ら検 索 す る 処 理 に な る.
本 論 文 の 構 成 は,以
下 の 通 りで あ る,第1章
で は,空
間
デ ー タ ベ ー ス に 関 わ る デ ー タモ デ ル の 基 本 概 念 に つ い て ま
と め る.超
平 面(hyperplane),セ
(incidencegraph)な
章 で は,空
ち,セ
ル(cell),接
問 デ ー タ モ デ ル と して の 凸 胞 複 体 を提 案 した の
ル 符 号 ベ ク トル とCCPVの
説 明 す る と と も に,CCPVの
法 も説 明 す る.第3章
相 互 変 換 法 の詳 細 を
空 間 デー タベ ースへ の格納 方
で は,3次 元 デ ー タ か ら の 太 さ付 き ス
ケ ル ト ン構 成 法 を 示 す と と も に,空
「太 さ」 を 取 り 扱 う た め の,セ
(SegmeRtWeightVectgr)1こ
間デ ー タベ ー ス 申で
グ メ ン ト重 み ベ ク ト ル
つ い て 説 明 す る.第4章
分類似 性 に よる類似 検索 法 を説 明す る とと もに
れ は,凸 胞 複 体 の 凸 胞 は 互 い に交 差 しな い とい う
性 質 か ら,2項
幾 何 演 算 の 処 理 が,先
頭 凸 胞(topcell)と
呼 ば れ る 少 数 の 凸 胞 内 の 処 理 に局 所 化 で きる た め で あ る 。
す な わ ち,凸 胞 複 体 は,空
間 物 の2項
幾 何 演 算 を要 求 さ れ
る場 合 に お い て 有 効 で あ る 。
第 二 は,空
間 物 の 凸 胞 複 体 表 現 法 を 基 に,任
意の 次元 の
空 間 物 を 管 理 で きる 空 間 デ ー タ ベ ー ス シス テ ム を実 装 した
ル 符 号 ベ ク トル に よ る 凸 胞 複 体 の 表 現 法 を 説 明 す る.
更 に,セ
は,部
続 グラフ
ど に つ い て の 概 念 を 説 明 す る.第2
良 い.こ
意 の 凸 胞 集 合 は,
点 で あ る.空
間 デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム の 性 能 に は,デ
ータ
サ イ ズ が 関 係 す る.CompressedCellPositionVector
(CCPV)法
と命 名 し た デ ー タ ベ ー ス 構 成 法 は,小
デ ー タサ イズ で 凸胞 複 体 を格 納 で き,高
CCPV法
は,凸
(hyperplane)の
「≧ 」 と 「判
さい
い 性 能 を発 揮 す る.
胞 複 体 の 個 々 の 凸 胞 を 取 り囲 む 超 平 面
線 形 式 と,線 形 式 に 対 す る3種 類 の 符 号
と 「≦」 を格 納 す る こ と に 特 徴 が あ る.こ
で
れ は,凸 胞 複 体 を小 さ い デ ー タサ イ ズ で 格 納 す る こ と に 効
既
果 が あ る.筆
者 は,他
の デ ー タ ベ ー ス構 成 法 と し て,タ
ブ
ル に よ る 方 法 と,ポ
イ ン タ に よ る 方 法 を提 示 し,デ ー タ サ
(主
イ ズ を 比 較 し て,両
者 よ り も10%以
(副
上 の デ ー タサ イズ 削
州大 学
教
査)〃
〃
減 効 果 が 得 ら れ る こ と を 実 験 的 に確 認 し て い る.
第 三 は,太
査)九
〃
授
都
甲
潔
〃
浅
野
種
正
〃
下
田
満
哉
さ付 きス ケ ル トン と命 名 し た 空 間物 近 似 表 現
法 で あ る.2次
元 お よ び3次
近 似 表 現 法 と して,空
間 物 に細 線 化 処 理 を 行 っ て 抽 出 さ れ
る ス ケ ル トン が あ る.こ
れ は,空
間物 の位相 構 造の類 似性
を 見 る の に 有 効 で あ る。 し か し,空
間物 の 類 似 性 を半弩定 す
る の に 必 要 と な る幾 何 形 状 の情 報 を十 分 に持 た な い.太
付 き ス ケ ル ト ンは,ス
論
元 の 空 間 物 を 統 一 的 に扱 え る
さ
ケ ル トン を構 成 す る 全 格 子 点 に 太 さ
1980年
以 来,日
文
内 容
の
要
旨
本 は 急 激 な 経 済 成 長 を 遂 げ,日
何 不 自由 な い 生 活 が 送 れ る よ う に な っ て き た.現
て は,必
要 最 低 限 な モ ノ は 揃 っ て い る た め,消
本人は
在 にお い
費者 の 召は
次 第 に 肥 え て い き,市 場 の ニ ー ズ は よ り質 の 高 い も の を要
求 し て き て い る.例
え ば,匂
い に対 す る 要 求 も高 ま っ て お
を 示 す 値 を付 与 し て,空
間 物 の 幾 何 形 状 を よ り精 密 に 近 似
り,コ ー ヒ ー の フ レ ー バ ー や 様 々 な 香 料 の 開 発
表 現 す る もの で あ る,ス
ケ ル トン の 太 さ は,格 子 点 か ら,
悪 臭 防 止 法 の 規 制 強 化 な ど,安 全 ・安 心 ・快 適 を も た ら す
元 の 空 間 物 の 表 面 ま で の 最 短 距 離 で あ る.内
部 が 稠 密 で,
「
匂 い 」 に 対 す る 注 目が 高 ま っ て き て い る.こ
さ らには
こで 市 場 の
凹 凸 を 持 っ た 空 間 物 は,太
さ付 きス ケ ル ト ン を構 成 で き る,
エ ー ズ は 何 が 基 に 成 り立 っ て い る の か を 考 え る と,出 回 っ
2次 元 の 空 間物 で あ れ3次
元 の 空 間 物 で あ れ,太
て い る 製 晶 や サ ー ビ ス の 中 に は,心
さ付 き ス
ば,惹
ら,2次 元 の 手 書 き図 に類 似 した3次 元 の 空 間 物 を 検 索 す る
る の に対 し,自 分 は全 く関 心 が な い も の は 多 く存 在 す る,
な ど の用 途 に 有 効 で あ る.
こ れ は 「感 性 」 の 違 い に 起 因 す る.そ
第 四 は,太
さ付 き ス ケ ル ト ン を用 い て,部
分類 似検 索機
か れ な い もの もあ る.ま
に惹 か れ る もの もあ れ
ケ ル トン と し て 近 似 され る と 同 一 形 式 に な る と い う性 質 か
た,周
りが 興 味 を 持 っ て い
こ で 本 研 究 で は,
「
感 性 」 の 意 義 と,安 全 ・安 心 ・快 適 を も た ら す 「匂 い 」
能 を備 え た 空 間 物 類 似 検 索 シ ス テ ム を実 装 した 点 で あ る.
の 関 連 性 お よび そ こ か ら発 展 す べ き 農標 に つ い て 考 え て い
部 分 類 似 検 索 と は,ユ
く.
は3次
ー ザ が 検 索 キ ー と し て2次
元 ある い
元 の 空 間 物 を与 え た と き,検 索 キ ー と,形 状 が 類 似
して い る よ う な 部 分 を 含 む 空 間 物 を デ ー タベ ー ス 内 か ら検
索 す る機 能 で あ る 。 太 さ付 き ス ケ ル ト ンの 各 枝 は,動
場 合 で は,手
物の
や 足 や 首 な ど,空 間 物 の 一 部 分 と対 応 して い
る,著 者 は,太
さ付 きス ケ ル トン の枝 の 単 位 で 太 さの 数 値
を ま と め た 太 さ ベ ク トル を 使 っ て,部
現 して い る.種
々 の3次
分 類似検 索機 能 を実
元 デ ー タ を使 っ た 実 験 に よ り,部
分 類 似 検 索 機 能 の 有 効 性 を 示 す と と も に,過 去 の3次
元の
「感 性 」 とい う 言 葉 の 定 義 は 感 受 性 だ け で な く,知 覚 ・
認 知 ・感 情 の 脳 で 感 じる こ と,そ
れ に 加 え 最 近 で は,感
じ
た こ と を 表 現 す る と い う行 動 ま で も 含 ま れ て い る.こ
の
憾 性」 とい う言 葉 か ら生 まれた 言葉 の 中 に 憾 性 工 学」
と い う言 葉 が あ り,「 感 性 工 学 」 は 人 間 の 感 性 を 分 析 しそ
れ を商 品 の 設 計 に取 り込 む こ とに よ り,人
も た らす 商 品作 り を 目的 と し た工 学 分 野 で あ る.こ
学 の 定 義 よ り,r匂
扱 え る こ と を 示 して い る.
法 で 数 値 化 した 「
匂 い 」 情 報 を 用 い て,人
論 文 は,ス
こ で,
「匂 い 」 に お け る 「感 性 工 学 」 に つ い て 考 え る と,感 性 工
空 間物 を投影 す る手法 で は困難 で あっ た込み 入 った形状 も
以 上,本
に 喜 び と満 足 を
いjに
お け る 感 性 工 学 は,侮
らか の手
々 に 満 足 を与 え
ケ ル ト ンに よ る 形 状 の 近 似 表 現 法 お
る新 し い香 料 を 開 発 した り,悪 臭 や 環 境 汚 染 物 質 の 匂 い を
よび空 間物 を凸胞 複体 で表現 す る ための 空間 デー タベ ース
高 感 度 に検 知 し,そ の 危 険 性 を 人 々 に 知 らせ る シ ス テ ム を
構 成 法 を 提 示 し,空 間 デ ー タ の 格 納 と 類 似 検 索 の 機 能 を
提 供 す る な ど,「 匂 い 」 に 関 す る安 全 ・安 心 ・快 適 を もた
も っ た 空 問 デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム を 開 発 す る と と も に,評
らす 製 品 開 発 を 目 的 と した 工 学 分 野 とい う こ とが で き る.
価 実 験 を 通 じて 提 案 す る 近 似 表 現 法 と空 間 デ ー タ ベ ー ス構
そ こ で 本 研 究 で は,匂
成 法 の 有 効 性 を明 らか に した もの で あ り,知 能 シ ス テ ム 学
い の 数 値 化 を行 う た め に ,「 感 性 」 の 一 部 で あ る 「感 受 性 」,
上 価 値 あ る 業 績 で あ る.よ
す な わ ち匂 い 受 容 機 構 に 着 欝 し,そ の 見 解 か ら数 値 化 の 指
学)の
っ て,本
論 文 は 博 士(情
報科
学 位 論 文 に値 す る も の と 認 め る.
標 を 見 出 して い き,そ
い の 「感 性 工 学 」 の 第 一 歩 で あ る 匂
れ を 表 現 す る こ とが 可 能 な セ ン シ ン
グ シ ス テ ム の 開 発 を 本 研 究 の 目 的 と した.
「匂 い 」 を 感 じ る 嗅 覚 系 は,生 体 の 感 覚 系 の 中 で 最 古 の
感 覚 と し て 知 ら れ て い る に も 関 わ ら ず,「 匂 い 」 と い う
氏 名(本
籍)泉
龍
介(神 奈川 県)
シ情
学位授 与 の 日付
平 成2o年2月28日
ノ ー ベ ル 医 学 生 理 学 賞 受 賞 で 代 表 さ れ る とお り,生 体 系 の
学位論文題 名
匂 い分 子 の部分構 造 を認 識す る匂 いセ ン
匂 い 認 識 機構 が 明 らか に さ れ て い き,「 匂 い 」 とい う 「感
サ に関す る研究
性jを
論 文調 査 委員
博 乙第93号(工
学)
「感 性 」 を 充 分 に 表 現 す る 手 法 が 確 立 さ れ て い な か っ た.
学 位 記 番 号
しか し,2004年
のLindaBuck博
士 とRichardAxe1博
士の
表 現 す る た め に 必 要 な 情 報 が 見 出 さ れ て い る.人
嗅 覚 系 に お け る匂 い 受 容 体 は 約350種
の
類 存在 す る と言わ れ
て お り,そ の 受 容 体 は 厳 密 な 分 子 認 識 を 行 っ て お らず,匂
論 文 調 査 の 要 旨
い 分 子 の あ る特 徴 を 認 識 す る こ とで 活 性 化 され て い る の で
あ る.こ
の 受 容 体 が 認 識 す る 匂 い 分 子 の 部 位 は,
「odotopejと
免 疫 系 に お け る抗
簡 単 に揃 え られ る時 代 に な り,そ れ に伴 い,消 費者 の 目は
原 が 抗 体 に よ り認 識 さ れ る構 造 で あ る抗
次第 に肥 えて い き,市 場 の ニー ズは よ り質 の高 い もの を要
呼 ば れ て い る.odotopeは
原 抗 体 反 応 で,抗
日本が高 度経 済成 長 を遂 げて以 来,必 要最 低 限 なモ ノが
原 決 定 基(epitope)に
相 当 す る 考 え 方 で あ る.こ
こで 活
求 して きてい る.例 えば,匂 い に対 す る要 求 も高 まっ てお
性 化 さ れ た 匂 い 受 容 体 の 組 み 合 わ せ を匂 い コ ー ド(odor
り,コ ー ヒー の フ レーバ ーや 様 々 な香 料 の開発
code)と
悪 臭 防止法 の規 制強 化 な ど,安 全 ・安 心 ・快適 を もた らす
呼 ぶ.す
影 さ れ て,人
な わ ち,匂
い コ ー ドが 脳 に そ の ま ま投
間 は 匂 い を 感 じ る こ とが で き る た め,匂
い
コ ー ド情 報 は感 性 を 引 き起 こ す 必 要 十 分 な 基 本 情 報 と して
捉 え る こ とが 可 能 と な る.こ
の 匂 い コ ー一ドか ら 「匂 い 」 と
さ らには
「匂 い」 に対す る注 欝が 高 まって きて い る.
「感 性工 学 」 は人 間 の感 性 を分 析 しそれ を商 品 の設 計 に
取 り込 む ことに よ り,人 に喜 び と満足 を もた らす商 品作 り
い う 感 性 に ど の よ う に結 び付 い て い くか は 明 確 に な っ て い
を目的 と した工 学分 野 であ る,感 性工 学 の定義 によれ ば
な い が,匂
「匂 い」 の感性 工学 は,何 らかの 手法 で数値 化 した 「匂 い」
い コー ドの 表 現 を 欝 的 とす る こ と に よ り感 性 と
相 関 が 高 い 情 報 の 抽 出 が 可 能 に な る た め,匂
い コ ー ドが 反
情報 を用 いて,人 々 に満 足 を与 え る新 しい香 料 を開発 した
り,悪 臭 や環境 汚染 物 質の匂 い を高感 度 に検知 し,そ の 危
映 す る 情 報 を把 握 し な け れ ば な ら な い の で あ る.
そ こ で 本 研 究 は,「 匂 い 」 の 定 量 を 実 現 す る た め に,生
険性 を人 々 に知 らせ るシ ステ ム を提 供す るな ど,「匂 い」
体 系 の 匂 い 受 容 機 構 に 着 目 し,生 体 系 が 認 識 す る 「匂 い 」
に 関す る安全 ・安 心 ・快 適 をもた らす 製 品開発 を 目的 とし
の 情 報,す
た工 学分 野 とい う ことがで きる.
なわち 「
匂 い コ ー ド」 を 反 映 す る バ イ オ ミ メ
テ ィ ッ ク匂 い セ ンサ の 開 発 を 目 的 と す る,「 匂 い コ ー ド」
本研 究 は,匂 いの 「感性工 学 」の 第一歩 で あ る匂 い の数
は 匂 い の 分 子 情 報 を反 映 して い る 情 報 で あ り,分 子 単 体 で
値化 を行 うため に,憾
は な く分 子 の 特 徴 的 な 部 位 を反 映 して い る 情 報 で あ る た め,
わ ち匂 い受容 機構 に着 目 し,そ の知見 か ら数値 化 の指標 を
本 研 究 で は 匂 い 分 子 の 部 分 構 造 と い う要 素 に 分 解 し,匂 い
見 出 してい き,そ れ を表現 す るこ とが可 能 なセ ンシ ング シ
の 定 量 化 を9指 す.そ
ス テム の開発 を試 み た もの であ る.
の た め,本
研 究で は匂 い分子 の部 分
「
匂 い」 を 感 じ る 嗅 覚 系 は,2004年
構 造 を認 識 す る匂 い セ ンサ の 開 発 を 行 っ た.
本 論 文 に お け る 内 容 は,下
第2章:表
用 い て,金
RAxel博
記 の 通 りで あ る 。
のLBuck博
士と
士 の ノーベ ル医学 生理 学賞 に代 表 され る とお り,
面 分 極 制 御 法 と呼 ば れ る電 気 化 学 計 測 手 法 を
生体 系 の匂 い認 識機 構 が 明 らか に され て い き,「匂 い」 と
属 電 極 表 面 へ の 匂 い 分 子 の 吸 脱 着 を電 位 走 査 に
い う 「感性」 を表 現す る ため に必要 な情報 が見 出 され て き
い分子 の部 分構 造 を反映 したセ ン
て い る、人 の嗅覚系 にお ける匂 い受容 体 は約35o種 類存 在
ンサ に よ っ て 得 ら れ た 部 分 構 造 情 報 と匂 い
す る と言 わ れて お り,そ の受容体 は厳 密 な分子 認識 を行 っ
よ り制 御 す る こ とで,匂
サ を 開発 し,セ
の 相 関 性 の 評 価 を 行 う.
第3章:特
性」 の一 部で あ る 「感 受性」,す な
て お らず,匂 い分 子の あ る特徴 を認識 す る こ とで活 性化 さ
定 の 部 分 構 造 に の み 特 異 性 を示 す セ ンサ を構
築 す る た め に,水
膜 材 料 の 改 良 や 電 極 表 面 の 表 面 修 飾 を行
う こ と で セ ンサ 受 容 部 を機 能 化 させ,そ
す る こ とで,部
の吸 着特 性 の評価
分 構 造特異 性 を有 す るセ ンサ表面 設計 の可
れ てい る.こ こで活性 化 され た匂 い受容体 の組 み合 わせ を
匂 い コー ド(odorcode)と
呼 ぶ.
本 研 究 は,「 匂 い」 の定 量 を実 現 す る ため に,生 体 系 の
匂 い受容 機構 に着 目 し,生 体系 が認 識す る 「
匂 い 」の情 報,
す な わち 「匂 い コー ド」 を反映 す るバ イオ ミメ テ ィック匂
能 性 を示 唆 す る.
ン サ 表 面 が 機 能 化 さ れ た複 数 の 部 分 構 造 セ ン
い セ ンサ の 開発 を試 みた もので あ る.「匂 い コー ド」 は匂
サ を1つ の シ ス テ ム に 統 合 す る た め に,集 積 型 人 工 嗅 上 皮
い の分子 情報 を反映 して い る情 報で あ り,分 子 単体 で は な
チ ッ プ を 開 発 し,電 極 構 造 変 化 に伴 っ た セ ンサ の 応 答 特 性
く分子 の特徴 的 な部位(部 分構 造〉 を反 映 してい る情報 で
の 違 い を評 価 す る.
ある ため,本 研 究で は匂 い分子 をその部 分構 造 とい う要素
第4章:セ
第5章:人
工 嗅上 皮チ ップのマ ルチ チ ャネル計 測 を実現
す る た め に,表
面 分 極 制 御 法 か ら イ ン ピー ダ ン ス 計 測 法 に
切 り替 え る こ とで 簡 易 計 測 型 匂 い セ ン サ を 開 発 した.そ
て こ の セ ンサ を 用 い て,同
る 匂 い の 違 い を,部
第6章:本
し
じ種 類 に 属 す る匂 い 分 子 が 有 す
分 構 造 情 報 に 基 づ い て 定 量 化 す る.
研 究 の 総 括 を行 い,生
体 の 受 容 機 構 に倣 っ た
世 界 で 初 め て の 匂 い セ ンサ の 提 案 と 開 発 に 成 功 した こ と に
言 及 す る.
に分解 し,匂 い の定量 化 を行 って いる。
まず,表 面分極 制御 法 と呼 ばれ る電気 化学 計測 手法 を用
い て,金 属 電極 表面へ の匂 い分 子 の吸脱 着 を電位走 査 に よ
り制御 す る こ とで,匂 い分 子 の種 々の部 分構 造 に対 し特 徴
的 応答 を得 た.そ の結 果
セ ンサ に よって得 られた匂 い分
子 の部 分構 造情 報 と匂 い の関連 性 を示す ことがで きた.
次 に,特 定の 部分構 造 にの み特異 性 を示す セ ンサ を構 築
す る ため に,電 極 表面 に形 成 した水 膜材 料 の改良 や 自己組
織 化膜 に よ る電極 表 面の分 子修 飾 を行 うこ とで セ ンサ 受容
部 を機 能化 させ,部 分構 造特 異性 を有 す るセ ンサ表 面設欝
を 一一括 して 接 着 固 定 す る 方 法 が 有 効 で あ る.PLCは
を行 っ た.
が 小 さ く,設 計 の 自 由 度 が 高 い た め,回
上記 プロセ ス によ りセ ンサ 表面 が機 能化 され た複 数の部
損失
路 の機 能 に因 らず
入 出 力 導 波 路 の 数 を 容 易 に 拡 張 で き る.ま
た,多
数の光
分 構造 セ ンサ を1つ の シス テム に統 合 す るため に,集 積型
フ ァ イ バ を 整 列 固 定 し た フ ァ イ バ ブ ロ ッ ク を 作 製 し,そ の
人工嗅 上皮 チ ップ を開発 し,そ の結 果,各 セ ンサ の応 答特
光 フ ァ イ バ の ピ ッチ に 合 わ せ て,PLCの
性 の違 い を明確 に示 し,シ ス テ ムの有用 性 を明 らか に した.
配 置 す る こ とで,多
さ らに,人 工 嗅上 皮チ ップの簡易 迅速 な計 測 を実現 す る
入 出力 導 波路 を
数 の 光 フ ァ イバ を一 括 して 接 続 す る こ
とが 可 能 と な る.更
に,PLCと
フ ァイバ ブ ロ ッ クの 固定
ため に,表 面分極 制御 法 か らイ ン ピー ダ ンス計測 法 に代 え
に接 着 剤 を使 用 す る こ と で 短 時 間 に 精 度 の 高 い 接 続 が 可 能
る こ とで簡易 計測 型匂 い セ ンサ を開発 した。 本 セ ンサ に よ
とな る,
り,部 分構 造情報 に基 づ いた匂 い の識別 と定 量 を実現 した.
以上 要す る に本 醗 究 は,匂 い とい う感 性 を数値 化す る た
従 来,こ
PLCモ
の 方 法 で32心
ま で の 光 フ ァ イ バ を接 続 し た
ジ ュ ー ル が 報 告 さ れ て い た.し
か し な が ら,光
めに,部 分構 造 を反 映 した匂 い コー ドとい う生体 の受容 機
フ ァ イバ と の 接 続 損 失 に 対 す るPLC基
構 に着 目 し,匂 いの 質 と量 を表 現す る方 法 を提 案 した もの
実 用 上 最 も重 要 な 信 頼 性,即
で あ る.自 己組織 化膜 に よる金 属電極 表 面 の修 飾 を行 うこ
学 特 性 の 劣 化 に つ い て は 十 分 検 討 され て い な か っ た.PLC
とで,セ ンサ受容 部 を機 能 化 させ,化 学 物質(匂 い分子)
基 板 の 反 り は 作 製 時 の 熱 応 力 に よ っ て 生 じ,接 続 す る 光
の 部分構 造情 報 に基づ い た匂 いの質 と量 の表現 を可 能 と し,
フ ァ イバ の 本 数 が 多 くな る ほ ど光 軸 ず れ に よ る 損 失 を増 大
生体 の受 容機構 に倣 った独 創的 な匂 い セ ンサ の開発 に成 功
させ る とい う 問 題 が あ っ た.ま
した もの で,電 子 デバ イス 工 学上 価 値 あ る業 績 で あ る.
着 剤 を使 用 して い る た め,光
よって,本 論 文 は博 士(工 学)の 学位 論 文 に値 す る もの と
し い 信 頼 性 試 験 に 耐 え る モ ジ ュ ー ル を実 現 す る こ とが 難 し
い と い う 問 題 もあ っ た.こ
認 め る.
PLCモ
板 の 反 りの 影 響 や,
ち 環 境 変 化 に 伴 う経 時 的 な 光
た,光
フ ァイバの 固定 に接
通 信 システ ムで要 求 され る厳
の よ う な課 題 が あ っ た た め に ,
ジrm-一一ル は 光 通 信 シ ス テ ム へ の 本 格 的 な 導 入 が 遅
れ て い た.
本 論 文 で は,石
氏 名(本
籍)石
井
元
速(広
島 県)
博 乙 第94号(工
学 位 記 番 号
シ情
学 位 授 与 の 日付
平 成20年2月28日
術 とPLCモ
学 位 論 文 題 名
石 英 系 プ レー ナ 光 波 回 路 と多 心 フ ァ イバ
学)
性 を実 証 す る.
まず,多
論文調 査 委員
査)九
(副
州大 学
査)〃
ク
〃
論
近 年,イ
文
教
授
安
元
ジ ュ ー ル の 基 本 構 造 とモ
ジ ュ ー ル 作 製 法 を提 案 した 後
そ の 妥 当 性 を損 失 の 観 点 か
ら検 証 す る,具 体 的 に は,モ
光
生
赤
芳
彦
要
心 の 光 フ ァ イ バ を低 損 失 に接 続 で き,か つ 高 い
信 頼 性 を 有 す る た め のPLCモ
立居 場
の
の有 効
俊
〃
内 容
ジ ュ ー ル の 高 信 頼 化 技 術 を 提 案 し,そ
清
〃
岩
用 いた 多心 の光 デ バ イ ス を
規 模 の 光 フ ァ イ バ を 接 続 可 能 とす る超 多 心 フ ァ イバ 接 続 技
の接 続 技 術 に 関 す る研 究
(主
英 系PLCを
実 現 す る こ と を 目 的 と し,前 述 の 課 題 を解 決 して,100心
関 して 光 フ ァ イ バ とPLCの
標 とす る 接 続 損 失O,5dB以
旨
に す る.そ
ン タ ー ネ ッ トが 各 家 庭 に ま で 普 及 す る よ う に な
し て,実
で き る こ と をlx8光
ジ ュ ー ル の 構 造 と作 製 工 程 に
接 続 損 失 の 要 因 を 分 析 し,鐙
下 にす るた めの諸 条件 を明 らか
際 に そ の 接 続 損 失 が 目標 値 以 内 で 実 現
ス プ リ ッ タ を作 製 し て 確 認 す る.こ
り,光 通 信 ネ ッ トワ ー ク の 伝 送 容 量 は急 激 に 増 加 して い る.
こ で,モ
そ れ に伴 い,基
幹 系 ネ ッ トワ ー ク で 用 い ら れ て い る波 長 多
折 率 な どが 接 続 損 失 に 影 響 を与 え な い 範 囲 で 選 定 可 能 で あ
重(WDM)シ
ステ ムで は多 重化 され る波 長数 が増 えて お
り,100波
を越 え つ つ あ る.ま
た,ア
クセ ス系 ネ ッ トワー
ク で は 収 容 局 か らの 光 フ ァ イバ を効 率 的 に利 用 す る た め に
加 入 者 宅 の 近 くで 光 を分 岐 す る パ ッ シ ブ 光 ネ ッ トワ ー ク
(PON)シ
ス テ ム が 用 い られ て お り,そ の 分 岐 数 は64分
ま で 増 加 しつ つ あ る,こ
増 加 に よ っ て,そ
岐
の よ うな 波 長 数 あ る い は分 岐 数 の
れ ぞ れ の シ ス テ ム を構 成 して い る 波 長 合
ジ ュ ー ル に使 用 した 接 着 剤 は,そ
る こ と を 示 し た後,モ
ジ ュ ー ル 作 製 時 に 最 低 必 要 と な る接
着 剤 自体 の 耐 湿 熱 特 性 を プ レ ッ シ ャ ク ッ カ試 験 で 評 価 して
選 定 す る.
次 に,従
来 の フ ァ イ バ 接 続 方 法 で100心
バ を 接 続 した 場 合 ,PLC基
dB以
した3つ
の 入 出 力 端 に100心
マ ル チ フ ァ イ バ ブ ロ ッ ク接 続 法,狭
多 数 の 入 出 力 端 を持 つ 光 デ バ イ ス を実 現 す る 方 法 と して
多 数 の光 フ ァイバ
板 の 反 り に対 応
の 薪 しい 接 続 法 を 提 案 し,そ の 接 続 損 失 がO.5dB
以 下 ま で 大 幅 に改 善 で き る こ と を示 す.提
は,石 英 系 プ レ ー ナ 光 波 回 路(PLC)に
規 模 の光 フ ァイ
板 の 反 りに よ っ て 接 続 損 失 がl
上 に な る こ と を 指 摘 した 後PLC基
分 波 器 あ る い は 光 ス プ リ ッ タ とい っ た 光 デ バ イ ス に は,そ
規 模 の光 フ ァイバが 必要 となって い る。
の光透 過 率や屈
ク接 続 法,円
案 し た接 続 法 は,
ピ ッチ フ ァ イ バ ブ ロ ッ
弧 配 置 フ ァ イ バ ブ ロ ック 接 続 法 で あ り,そ れ
ぞ れ の 接 続 法 の 有 効 性 を最 大 心 数 が256心
の応 用 モ ジュー
ル で 実 証 す る 。 更 に,提
案 した3つ
が あ る こ と を 例 示 し,光
の接 続 法 には利 害得 失
フ ァ イ バ の 心 数 とPLC基
板の反
ブ 資 ッ ク化 した 多 心 光 フ ァ イ バ を接 着 す る と き に 生 じ る 光
フ ァ イ バ とPLCの
調 心 軸 ず れ の 要 因 を 分 析 し て,そ
れ を
りの 曲 率 半 径 に 対 応 した 各 接 続 法 の 適 用 範 囲 を 明 らか に す
解 決 す る実 用 的 な 調 心 接 続 装 置 を 開 発 して い る.ま
る.
続 損 失 の 要 因 と な る 接 着 部 の フ ァ イバ の 剥 離 ・欠 損 状 況 を
最 後 に,光
通 信 シ ス テ ム で 必 要 と さ れ るPLCモ
ジ ュー
詳 細 に 調 査 して,フ
ァ イ バ ブ ロ ッ ク の 接 着 で は接 着 剤 の 選
ル の 信 頼 性 を確 保 す る た め の 方 法 を提 案 し,そ の 有 効 性 を
定 が 重 要 で あ る こ と を指 摘 し,粘 度,硬
明 ら か に す る,具
率,耐
体 的 に は,PLCモ
光 学 特 性 の 劣 化 がPLC一
ジュ ー ル の経 時 的 な
フ ァイバ接 続 用接 着 剤 の高 温時 の
た,接
度,透
明 性,屈
折
湿 性 の 面 か ら,最 適 な 接 着 剤 と し て 紫 外 線 硬 化 型 接
着 剤 を 選 定 し て い る.実
用 デ バ イ ス と し て 作 製 し た1×8
耐 湿 性 と 剛 性 に 依 存 す る こ と を 指 摘 し,そ れ ら を考 慮 した
分 岐 回 路 の 評 価 試 験 に よ り,開 発 した 調 心 接 続 装 置 と選 定
接 着 剤 の 最 適 化 手 法 と し て接 着 剤 の ガ ラ ス 転 移 温 度 に着 目
し た接 着 剤 の 有 効 性 を確 認 し て い る.
し た 選 定 方 法 を提 案 す る.更
に,最 適 化 した 接 着 剤 を用 い
次 に,著
者 は,多
心 光 フ ァ イ バ 接 続 に お け るPLCの
反
て フ ァ イ バ 接 続 し たPLCモ
ジ ュ ー ル を 耐 湿 パ ッケ ー ジ に
りの 影 響 を考 察 して い る.従
収 納 す る こ とで,Bellcgre規
格 の ような厳 しい信頼 性試 験
心 光 フ ァ イバ を接 続 す る こ とが で き な い こ と を 明 確 に した
に 耐 え る こ と を示 し,そ
たPLCモ
の 有 効 性 を 明 ら か に す る.試 験 し
ジ ュ ー ル はWDMシ
ス テ ム お よ びPONシ
ステム
上 で,PLCの
来 の 技 術 で は100心
反 りの 影 響 を 解 消 す る新 しい3つ の 接 続 方 法
と して,マ
ル チ フ ァ イ バ ブ ロ ッ ク接 続 法
狭 ピッチ フ ァイ
にお け る主 要 な光 デ バ イ スで あ る ア レイ導 波 路 回折 格 子
バ ブ ロ ッ ク接 続 法,及
(AWG)と
を提 案 して い る 。 試 験 モ ジ ュ ー ル と し て,ス
光 ス プ リ ッ タ で あ り,両 モ ジ ュ ー ル が 高 い 信 頼
規 模 の多
び 円 弧 配 置 フ ァ イバ ブ ロ ッ グ 接 続 法
ターカ ップ ラ
モ ジ ュ ー ル お よ び ア レ イ 導 波 路 園 折 格 子(AWG)モ
性 を 有 す る こ と を は じめ て 明 らか に す る.
ジ ュ ー ル を作 製 し,提 案 した 各 接 続 法 の有 効 性 を検 証 す る
論
文
調
光 通 信 シ ス テ ム は,現 在
査
の
要
旨
と と も に,そ
ポ イ ン ト ーポ イ ン ト型 の 基 幹
ネ ッ トワ ー クか ら リ ン グ型 の 中 距 離 ネ ッ トワ ー ク,更
パ ッ シ ブ 光 ネ ッ トワ ー ク(PON)と
に,
して加 入 者系 ネ ッ ト
ワ ー ク に ま で 広 範 に導 入 され て い る,イ
ン タ ー ネ ッ トの 普
れ ぞ れ の 適 用 範 囲 を明 ら か に して い る.提
した 多 心 接 続 技 術 はPLCモ
案
ジュー ル の大 規模 化 を実現 す
る もの で あ り,光 通 信 シ ス テ ム の 大 容 量 化 へ の 貢 献 が 期 待
で き る.
著 者 は,最
後 に,PLCモ
ジ ュ ー ル を光 通 信 シ ス テ ムで
及 に 伴 い 急 増 して い る 通 信 トラ フ ィ ッ ク 量 に 対 応 す る に は,
使 用 す る と き に必 要 と な る モ ジ ュ ー ル の信 頼 性 を 考 察 し て
PONシ
い る.PLCと
ステ ム まで 含 め た光 通信 シス テ ム全 体 の一 層 の大
容 量 化 ・高 効 率 化 が 求 め ら れ て い る.ポ
イ ン トーポ イ ン ト
型 ネ ッ ト ワ ー ク や リ ン グ 型 ネ ッ トワ ー ク で は,波
(WDM)方
長 多重
式 を 用 い て 大 容 量 化 が 可 能 で あ り,100波
え る 波 長 の 多 重 伝 送 が 検 討 さ れ て い る.ま
テ ム で は,収
ス
容 局 か らの光 フ ァ イバ分 岐数 を増 や して 光
フ ァ イ バ の 利 用 効 率 を上 げ る た め に,64分
討 さ れ て い る.こ
化,PONシ
た,PONシ
を超
の よ うなWDMシ
岐 で の 運 用 も検
ステ ムにお け る多波 畏
ス テム に お け る多分 岐 化 に 必須 の 光部 品 が 波
長 合 分 波 器 お よび 光 分 岐 回 路 で あ る.こ
を 実 現 す る に は,光
れ らの 光 デ バ イ ス
フ ァ イバ と の 整 合 性 お よ び 加 工 プ ロ セ
ス の 点 か ら,石 英 系 ガ ラ ス 導 波 路 を用 い た プ レー ナ 光 波 圓
路(PLC)が
最 も 適 して い る,し
か し なが ら,必 要 な 大 容
量 化 ・高 効 率 化 に応 え る た め に は,石
英 系PLCに100心
程
フ ァ イ バ ブmッ
クの接 続 部 の 主 要 な劣 化 要
因 が 接 続 用 接 着 剤 の 耐 湿 性 と 高 温 時 の 剛 性 で あ る こ と を示
して,こ
れ らの 要 霞 を 考 慮 に入 れ た 接 着 剤 の 選 定 方 法 を明
ら か に して い る.更
たPLCモ
に,選
定 した接 着 剤 を用 い て作 製 し
ジ ュー ルが 通信 用 光 デバ イス の評価 基 準 で あ る
Bellcore規
格 に 準 拠 した 信 頼 性 試 験 に 耐 え る こ と確 認 し て
い る.信 頼 性 試 験 を 行 っ た モ ジ ュ ー ル は 光 分 岐 モ ジ ュ ー ル
と波 長 合 分 波 器 に 利 用 さ れ るAWGモ
ジ ュ ー ル で あ り,そ
れ ぞ れWDMシ
ス テ ム お よ びPONシ
ス テ ムに必 須 のデバ
イ ス で あ る.提
案 した 方 法 で 作 製 した 両 モ ジ ュ ー ル が 実 用
上 十 分 な信 頼 性 を有 す る こ とか ら,こ
れ らのモ ジ ュール の
実 用 化 が 加 速 され る で あ ろ う.
以 上,本
論 文 は,石
英 系PLCを
用 い た大 規模 な波 長合
分 波 器 と光 分 岐 回 路 を実 現 す る こ と を 目的 と して,100心
度 の 光 フ ァ イバ を 高 精 度 で 効 率 的 に 接 続 し,更 に 実 用 化 に
以 上 の 光 フ ァ イ バ をPLCに
耐 え る 高 い 信 頼 性 を 有 す る フ ァ イ バ 接 続 技 術 の確 立 が 不 可
術 と光 フ ァ イ バ を 接 続 し たPLCモ
ジ ュー ルの 高信 頼 化技
欠 で あ る.本 論 文 で は,こ
術 を 開 発 し,更
験 モ ジ ュー ル を作 製 し
れ ら の 技 術 的 課 題 を 究 明 し て,
100心 規 模 の 光 フ ァ イ バ を ブ ロ ッ ク 化 してPLCに
す る 新 し い 接 続 法 と 光 フ ァ イバ を接 続 したPLCモ
接 着接 続
ジ ュ・
・
一
・
・
て,光
に,種
接 続す る多心 フ ァイバ 接 続技
々 のPLC試
通 信 シ ス テ ム の 大 容 量 化 ・高 効 率 化 に 必 要 な実 用 デ
バ イ ス と し て の 有 効 性 を 実 証 した も の で,情
ル の 高 信 頼 化 の 方 法 を提 案 し,試 験 モ ジ ュ ー ル を作 製 して
寄 与 す る と こ ろ が 大 き い,よ
実 用 デ バ イ ス と して の 有 効 性 を 実 証 して い る.
学)の
著 者 は,ま
ず,石
英 系PLCに
多 心 光 フ ァ イバ を接 続 す
るモ ジ ュ ー ル の 基 本 構 造 と そ の 作 製 方 法 を 検 討 し て い る.
っ て,本
報 通信工 学 に
論 文 は,博
学 位 論 文 に値 す る も の と認 め る 。
士(工
氏 名(本
籍)唐
木
信
雄(長
野 県)
博 乙 第95号(工
ウ ェ ア 記 述 言 語 を 開 発 した 。 併 せ て,Verilog+専
成 ッ ー ル で あ るctrlsynを
学)
開 発 し た.こ
用 の合
れ ら に よ り,従 来
学 位 記 番 号
シ情
学 位 授 与 の 日付
平 成20年2月28日
の 同 期 回 路 用 言 語 で 記 述 した 回 路 設 計 資 産 も見 通 し よ く組
学 位 論 文 題 名
薄 膜 トラ ンジ ス タ大 規 模 回 路 の 実 現 を可
み 込 め る 設 計 環 境 を構 築 した.
能 とす る非 同 期 回 路 技 術 の 研 究
(3)構 築 し た 設 計 環 境 を 用 い て 非 同 期8ビ
プ ロ セ ッサ を 設 計 し,フ
論 文 調査委 員
(主
査)九
(副
査)〃
州大 学
〃
〃
浅
野
種
正
〃
黒
木
幸
令
の 非 同期 プ ロ セ ッサ は,動
ク
ニ
宮
保
を もつ 従 来 の 同期 型 プ ロ セ ッ サ の1/4以
授
と を示 し,ま
論
文
内
容
の
要
旨
大 き い 多 結 晶 シ リ コ ン薄 膜 ト ラ ン ジ ス タ(TFT)を
て 安 定 動 作 す る 大 規 模 集 積(VLSI)回
用い
は,回
の優 位性 につい て
付 け を 得 た.
路 を実現 す るた め
論
ラス基板 上 に液晶 パ ネ ル と
本 論 文 は,多
ン ジ ス タ(TFT)を
き た.微 細 化 に よ る 高 性 能 化,低
(VLSI)を
コ ス ト化 の 競 争 に ひ た す
ら 突 き 進 む 単 結 晶 シ リ コ ン ・トラ ン ジ ス タ 技 術 とは 一 線 を
型 化 と 安 定 生 産 が 重 要 課 題 で あ っ た が,最
な っ て シ ス テ ム ・オ ン ・パ ネ ル(SOP)の
れ はTFTの
様 の機 能
下 に低減 で きるこ
路 レベ ル か らの 電 力 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て も裏
駆 動 回 路 を低 コ ス トで 一 体 形 成 で き る 技 術 と して 発 展 して
な っ て き た.そ
作 時 の 消 費 電 流 を,同
た 動 作 時 の チ ッ プ 温 度 の 上 昇 も大 き く抑 制 で
の 非 同 期 回 路 設 計 技 術 に 関 す る.
多 結 晶 シ リ コ ンTFTは,ガ
用 い て そ の 完 全 動 作 を実 証 し た.こ
き,安 定 に 動 作 す る こ と を実 証 した.こ
本 論文 は単結 晶 シ リコ ンに比べ て特性 バ ラツキが極 め て
画 して,大
レ キ シ ブ ル な プ ラ ス チ ッ ク基 板 上
に 低 温 多 結 晶TFTを
教
ッ トマ イ ク ロ
近に
動 きが 活 発 に
高 性 能化 が 液晶 表示 体 の大 型
文
調
査
の
要
旨
結 晶 シ リ コ ン を電 気 活 性 層 とす る 薄 膜 トラ
用 い て安 定 動 作 す る大 規 模 集 積 回路
実 現 す る た め の 非 同 期 回路 設 計 技 術 に 関 す る も
の で あ る.多
結 晶 シ リ コ ンTFTは,液
晶 表示 パ ネ ル と画
素 駆 動 回路 を ガ ラ ス 基 板 上 に 低 コ ス トで 一 体 形 成 で き る技
術 と して 発 展 して きた.こ
れ ま で は,パ
ネル の大型 化 と安
定 生 産 が 研 究 開 発 の 重 要 課 題 で あ っ た が,最
近 に なっ て表
化 と高 精 細 化 に 応 え られ る レベ ル に まで 到 達 した こ と と,
示 パ ネ ル に 高 機 能 な 回路 を 集 積 化 す る シ ス テ ム ・オ ン ・パ
シ ス テ ム の 実 装 コ ス ト低 減 の た め の パ ネ ル の イ ン テ リ ジ ェ
ネ ル(SOP)の
ン ト化(す
の 性 能 が 液 晶 表 示 体 の 大 型 化 と高 精 細 化 に 応 え ら れ る 水 準
な わ ち 高 集 積 化)へ
考 え られ る.ド
SOPが
の要 求が 高 まって 来た為 と
ラ イバ や フ レー ム ・
バ ッ フ ァ を内 蔵 した
開 発 され,更
に はCPUを
含 め た 機 能 回路 を 内 蔵 し
た フ レ キ シ ブ ル な デ バ イ ス へ の 要 求 が 高 ま りつ つ あ る.
と こ ろ が,多
結 晶 シ リ コ ンTFTの
動 き が 活 発 に な っ て き た.そ
に ま で 向上 した こ と と,シ
ス テ ム の 実 装 コ ス ト低 減 の た め
の パ ネ ル の イ ン テ リ ジ ェ ン ト化(す
な わ ち 高 集 積 化)へ
要 求 が 高 ま っ て き た た め と 考 え られ る.表
特 性 バ ラ ツ キ は,単
れ は,TFT
の
示画 素駆 動 回路
や 表 示 画 像 の フ レー ム バ ッ フ ァ 記 憶 機 能 を 内 蔵 し たSOP
結 晶 シ リ コ ン ・トラ ン ジ ス タ に 比 べ る と桁 違 い に 大 き い た
が 開 発 さ れ,中
め,論
能 回 路 を 内 蔵 し た デ バ イ ス へ の 要 求 が 高 ま りつ つ あ る.し
理 パ ス が 深 く複 雑 で 大 規 模 な 回 路 を表 示 パ ネ ル と一
体 で 形 成 し動 作 させ る 試 み は今 ま で に な か っ た.こ
れ は,
央 演 算 処 理 ユ ニ ッ ト(CPU)を
含めた機
か も 多 様 な 用 途 へ 表 示 デ バ イ ス を利 用 す る た め に プ ラ ス
特 性 バ ラ ツ キ が 大 き い た め に従 来 の 回 路 設 計 手 法 で あ る 同
チ ッ ク を 基 板 とす る フ レ キ シ ブ ル な 表 示 デ バ イ ス の 実 現 も
期 回 路 設 計 法 で は 不 可 能 で あ っ た こ とが 主 因 と考 え られ る.
要 望 さ れ て い る が,プ
本 論 文 は,多
して,温
結 晶 シ リ コ ンTFTの
特 性バ ラ ツキ を吸収
度 ・電 圧 変 動 に 対 し て も強 靭 で,熱
プ ラ ス チ ッ ク 基 板 上 に 実 装 し たTFT大
抵抗 の 大 きな
規模 回路 の安 定動
作 を可 能 とす る研 究 を論 じた もの で あ る.主
た る 成 果 を以
下 に記 す。
(1)多
電 力 で 安 定 動 作 す る機 能 回 路 の 開 発 が 強 く望 まれ て い る.
と こ ろ が,CPUの
特性 バ ラ ッキ とそれ に関 わ
よ う に 論 理 パ ス が 深 く複 雑 で 大 規 模
な 回 路 を,多 結 晶 シ リ コ ンTFTを
用 い て 表 示 パ ネ ル と一
体 で 形 成 ・動 作 さ せ る 試 み は 今 ま で に な か っ た.こ
結 晶 シ リ コ ンTFTの
結 晶 シ リ コ ンTFTの
ラスチ ックは熱伝導 性 が低 いの で低
特 性 ば ら つ きが,VLSIに
れ は多
用 い られ る
単 結 晶 シ リ コ ン トラ ン ジ ス タ に 比 べ て 桁 違 い に 大 き い た め,
る 同 期 設 計 の 問 題 点 を明 らか に し,非 同 期 回 路 に よ る 論 理
従 来 の 回 路 設 計 手 法 で あ る 同 期 回 路 設 計 法 で は,大
処 理 を 用 い る こ と で この 問 題 を 回 避 で き る こ と を 初 め て 提
回 路 を 必 要 な 速 度 で 動 作 させ る こ とが 不 可 能 で あ っ た こ と
唱 した.
が 主 因 と考 え ら れ る,
(2)非
同 期 回 路 の 設 計 に は 専 用 の 言 語 が 必 要 で あ る が,
従 来 の 非 同 期 回 路 設 計 言 語Tangram,CSP,Occam等
同 期 設 計 に 用 い るVerilogHDLやVHDL等
は,
とか け離 れ て
い て 使 い に く く商 用 の 検 証 環 境 も流 用 で き な い,本
は,Tangramを
基 礎 に新 た にVerilog+と
研究で
名 付 けたハ ー ド
本 研 究 は,多
結 晶 シ リ コ ンTFTの
規模 な
特 性 ば らつ き を 吸 収
し,か つ 温 度 ・
電 圧 変 動 に 対 し て も 強 靭 で,ま
た熱 抵抗 の
大 き な プ ラ ス チ ッ ク 基 板 上 に 実 装 した 場 合 で も大 規 模 回 路
の 安 定 動 作 を可 能 と す る 非 同期 回路 の 設 計 法 を 開 発 し,実
際 に試 作 して そ の 有 効 性 を示 し た もの で あ る.
本 論 文 で は ま ず,多
結 晶 シ リ コ ンTFTの
特性 バ ラッキ
と そ れ に 関 わ る 同 期 設 計 の 問 題 点 を 明 ら か に し,非
同期 回
た.こ
の 非 同 期 プ ロ セ ッサ は,同
様 の 機 能 を もつ 従 来 の 岡
期 型 プ ロ セ ッサ に 比 べ て 動 作 電 流 を1/4以
下 に,放
射雑音
路 に よ る 論 理 処 理 を用 い る こ と で こ の 問 題 を 回 避 で き る こ
を約1/1oに
と を 初 め て 提 唱 して い る.一 方,非
温 度 の 上 昇 も大 き く抑 制 で き,安 定 に 動 作 す る こ と を実 証
用 の 言 語 が 必 要 で あ る が,従
同期 回路 の設 計 には専
来 の 非 同 期 回 路 設 計 言 語 は,
同期 設 計 に用 い るVerilogHDL等
の ハ ー ドウ ェ ア 記 述 言 語
低 減 で き る こ と を示 し,ま た 動 作 時 の チ ッ プ
した,
以 上 要 す る に 本 研 究 は,特
性 ば ら つ き の 大 きい 回 路 素 子
と か け 離 れ て い て 使 い に く く商 用 の 検 証 環 境 も利 用 で き な
で あ るTFTを
い.そ
に 非 同 期 方 式 の 回 路 を 利 用 す る こ と を提 案 し,そ の 計 算 機
こ で 本 研 究 で は,従
Tangramを
来 の非 同期 園 路専 用 設 計 言 語
基 礎 に 新 た にVerilog+と
ア 記 述 言 語 を 開 発 し た.併
名 付 け た ハ ー ドウ ェ
せ て,Verilog+専
用 の合成
用 い た 大 規 模 回 路 を安 定 に 動 作 さ せ る た め
支 援 設 計 手 法 を 開 発 した もの で あ る.非
同期 回路 の利用 に
よ り,低 電 力 で,温 度 や 電 圧 な ど動 作 環 境 の 変 動 に 対 して
ツ ー ル で あ るctrlsyn,な
らび に同期 設 計 言語 へ の 翻訳 を
安 定 な動 作 性 能 が 得 られ る こ と を示 し,フ
行 うxlatorを
れ ら に よ り,従 来 の 同 期 回 路 用
ラ ス チ ッ ク シ ー ト上 に8ビ
開 発 した.こ
レキ シブル な プ
ッ トマ イ ク ロ プ ロ セ ッ サ を 実 現
言 語 で 記 述 した 回 路 の 設 計 資 産 も 見 通 し よ く組 み 込 め,ま
した も の で あ り,電 子 デ バ イ ス 工 学 上 価 値 あ る 業 績 で あ る.
た 既 存 の 検 証 環 境 も利 用 で きる 設 計 環 境 を構 築 した.構 築
よ っ て,本 論 文 は 博 士(工
した 設 計 環 境 を 用 い て 非 同 期8ビ
認 め る.
を 設 計 し,フ
ッ トマ イ ク ロ プ ロ セ ッサ
レキ シ ブ ル な プ ラ ス チ ッ ク基 板 上 に 低 温 形 成
し た 多 結 晶 シ リ コ ンTFTを
用 い て そ の 完 全 動 作 を実 証 し
学)の
学 位 論 文 に値 す る も の と