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研究活動
計算の科学・計算による科学研究チーム紹介
プロセッサ研究チーム
プロセッサ研究チーム
English
チームプリンシパル 佐野 健太郎
(さの けんたろう)-
kentaro.sano[at]riken.jp
(拠点:神戸) - Emailの[at]は@にご変更ください。
- 2000
- 東北大学大学院情報科学研究科情報基礎科学専攻修了
- 2000
- 東北大学大学院工学研究科助手
- 2001
- 東北大学大学院情報科学研究科情報基礎科学専攻助手
- 2005
- 東北大学大学院情報科学研究科情報基礎科学専攻助教授(2007年より准教授)
- 2006
- インペリアルカレッジロンドン客員研究員
- 2017
- 理化学研究所 計算科学研究機構(AICS)(現在:計算科学研究センターR-CCS)プロセッサ研究チーム チームリーダー(現職)
- 2019
- 東北大学大学院情報科学研究科 客員教授
- 2024
- 理化学研究所 計算科学研究センター(R-CCS)AI for Scienceプラットフォーム部門 次世代AIデバイス開発研究ユニット ユニットリーダー(現職)
- 2025
- 理化学研究所計算科学研究センター(R-CCS)次世代計算基盤開発部門 次世代計算基盤システム開発ユニット ユニットリーダー(現職)
キーワード
- 計算機アーキテクチャ
- 問題特化型ハードウェア設計
- ハードウェアアルゴリズム
- 次世代AIデバイス
- 誤り耐性量子計算機
研究概要
ムーアの法則と呼ばれる半導体微細化加工技術スケーリングの減速や、パッケージング技術やメモリ技術の進展等を考慮しながら、以下のような、低電力で高性能処理の計算機アーキテクチャを研究します。
- HPCやAIのための次世代計算機アーキテクチャの探求
- アプリケーションに最適化した問題特化型の計算機アーキテクチャの探求。例えば、量子誤り訂正ハードウェアや、放射光施設の検出センサー近傍処理ハードウェア
- 高性能な問題特化型計算機アーキテクチャを研究開発するためのシステム探求。特に、FPGAクラスタシステム
主な研究成果
HPCおよびAIのための粗粒度回路再構成アレイ(CGRA)
データフロー計算モデルに基づくアーキテクチャであるCGRAの研究を行っています。これまで、トロント大学との共同研究を通じて、基本アーキテクチャである理研CGRAの開発と設計空間探索を行いました。
誤り耐性量子計算機のための、量子誤り訂正ハードウェア
物理量子ビットや測定のエラーを克服する誤り耐性量子計算機FTQC (Fault-tolerant quantum computer)の実現が求められています。当チームでは、表現符号の誤り訂正処理(エラーデコード)を低遅延かつ高スループットで行うハードウェアを研究開発しており、これまで、その試作設計と評価を行いました。
問題特化型高性能計算機アーキテクチャ研究プラットフォーム
半導体微細化による電力効率向上が困難となる中、問題特化型の計算機アーキテクチャが注目されています。そのために、FPGAクラスタESSPER (Elastic and Scalable System for High-Performance Reconfigurable Computing)を開発しました。また、パケット交換網上に任意のトポロジを構築可能な仮想回線交換網 VCSNを開発しました。
FPGAによる問題特化型計算ハードウェアの設計および実装
データ圧縮アルゴリズムおよびハードウェア
計算処理のボトルネックとなり大きな割合の電力を消費するデータ移動の問題を解決するために、数値データストリームをメモリに貯めることなくその場で可逆圧縮可能な高スループットのハードウェア圧縮器を開発しました。
主要論文
- Kentaro Sano, Tomohiro Ueno, Fuga Kato, Kazuya Mochizuki, Katsuhiko Ota, Nozomu Matsunaga
"ESSPER2: Research-Oriented FPGA Cluster for Quantum Error Correction and HPC Applications"
Proceedings of International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART), DOI: 10.1145/3814576.3814590, May 17-19, 2026. - Chenlin Shi, Boma A. Adhi, Lin Teng, Jiaheng Liu, Shinobu Miwa, Kentaro Sano
"Towards Unified Acceleration: Weight-Stationary GEMM on HPC-oriented Elastic CGRAs"
Proceedings of SCA/HPCA'26, DOI:10.1145/3773656.3773663 , 2026. - Prasoon Ambalathankandy, Werner Florian Samayoa, Jan Erik R. Wichmann, Kentaro Sano
"Systolic array based syndrome graph pruning for quantum error correction using FPGAs"
Proceedings of International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART), pp.126-130, DOI: 10.1145/3728179.3728184, May 26-28, 2025. - Tomohiro Ueno, Emanuele Del Sozzo, Kentaro Sano
"Flexible Systolic Array Platform on Virtual 2-D Multi-FPGA Plane"
Proceedings of HPC Asia 2024: The International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region, pp.84–94, DOI: 10.1145/3635035.3637285, Jan 25–27, 2024. - Emanuele Del Sozzo, Xinyuan Wang, Boma Adhi, Carlos Cortes, Jason Anderson, Kentaro Sano
"Exploration of Trade-offs Between General-Purpose and Specialized Processing Elements in HPC-Oriented CGRA"
Proceedings of IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium (IPDPS), pp.668-680, DOI: 10.1109/IPDPS57955.2024.00065., 2024. - Emanuele Del Sozzo, Davide Conficconi, Kentaro Sano
"Across Time and Space: Senju’s Approach for Scaling Iterative Stencil Loop Accelerators on Single and Multiple FPGAs"
FPT Journal Track with ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS), Vol.17, Issue.2, Article No.28, pp.1-33, DOI: 10.1145/3634920, 2024. - Kentaro Sano, Atsushi Koshiba, Takaaki Miyajima, and Tomohiro Ueno
"ESSPER: Elastic and Scalable FPGA-Cluster System for High-Performance Reconfigurable Computing with Supercomputer Fugaku"
Proceedings of HPC Asia2023, pp.140-150, DOI: 10.1145/3578178.3579341, 2023. - Tomohiro Ueno and Kentaro Sano
"VCSN: Virtual Circuit-Switching Network for Flexible and Simple-to-Operate Communication in HPC FPGA Cluster"
ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS), Vol.16, Issue.2, Article No.25, pp.1-32, DOI: 10.1145/3579848, 2023. - Boma Adhi, Carlos Cortes, Yiyu Tan, Takuya Kojima, Artur Podobas, and Kentaro Sano
"The Cost of Flexibility: Embedded versus Discrete Routers in CGRAs for HPC"
Proceedings of IEEE Cluster Conference (CLUSTER), pp.347-356, DOI: 10.1109/CLUSTER51413.2022.00046, Sep 6-9, 2022. - Artur Podobas, Kentaro Sano, and Satoshi Matsuoka
"A Survey on Coarse-Grained Reconfigurable Architectures from a Performance Perspective"
IEEE Access, Vol.8, pp.146719-146743, DOI:10.1109/ACCESS.2020.3012084, 2020.
Annual Reports
メンバー
主宰者
- 佐野 健太郎
- チームプリンシパル
メンバー
- 上野 知洋
- 研究員
- 神宮司 明良
- 研究員
- ADHI Boma Anantasatya
- 研究員
- WICHMANN Jan Erik Reinhard
- 研究員
- FLORIAN SAMAYOA Werner Oswaldo
- 特別研究員
- LIU Jiaheng
- 特別研究員
- LI Yanchen
- 特別研究員
- SHI Chenlin
- 大学院生リサーチ・アソシエイト
- 加藤 風芽
- 技師
