3次元グラフィックス用インテリジェントメモリーアーキテクチャに関する研究

3次元グラフィックス用インテリジェントメモリー

アーキテクチャに関する研究

著者

小林 広明

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3次元グラフィックス用インテリジェント

メモリアーキテクチャに関する研究

(研究課題番号: 14380132)

平成14年度∼平成16年度

科学研究費補助金

基盤研究(B)

研究成果報告書

平成17年3月

研究代表者 小林広明

(東北大学情報シナジーセンター 教授)

3次元グラフィックス用インテリジェント

メモリアーキテクチャに関する研究

(研究課題番号: 14380132)

平成14年度∼平成16年度

科学研究費補助金

基盤研究(B)

研究成果報告書

平成17年3月

研究代表者 小林広明

(東北大学情報シナジーセンター 教授)

は し が き

本研究成果報告書は､平成14年度∼平成16年度に文部科学省より交付された科学研究

費補助金基盤研究(B) ｢3次元グラフィックス用インテリジェントメモリアーキテクチャ

に関する研究｣の支援を受けて実施した研究の成果を,国内外において発表してきた研究

論文に基づき取りまとめたものである｡

現在, 3次元コンピュータグラフィックスに求められているものは､グラフィックス処

艶の高速性と生成画像の写実性の2点である｡高速性に関しては､近年の半導体技術の進

歩に伴い､数年前のスーパニコンピュータの性能に匹敵するグラフィックス専用チップが

産業界で数多く開発され,ゲーム機器などにおいて対話性を重視したリアルタイムグラフ

ィックスの実現に大きく貢献している｡しかしながら､グラフィックスチップが提供する

描画アルゴリズムで生成された画像の質に注目すると､必ずしもユーザが期待するレベル

に至っていないのが現状である｡グラフィックスハードウェアに実装されている描画アル

ゴリズムは､光源と可視面の位置関係だけからその輝度を計算する非常に単純な局所照明

モデルに基礎を置いている｡その結果､チップ化による高速化､低価格化は可能になった

が､写実的画像生成で必要不可欠な光の相互反射を正確に扱う事はできていない｡

そこで本研究では､相互反射モデルに基づく様々なグラフィックスアルゴリズムを解析

することで､それらに共通する基本グラフィックス処理モデルを明らかにし､今後5-6

年後に得られるであろう半導体技術で実装可能な高品質グラフィックス用インテリジェン

トメモリアーキテクチャの基礎を確立することを目的とし､並列写実的画像生成アルゴリ

ズムとそのハードウェア化､電力最適化ハードウェア制御技術､データ圧縮技術の観点か

らグラフィックス用インテリジェントメモリアーキテクチャを実現するための要素技術に

関する研究を進めてきた｡本研究の成果が､次世代グラフィックスハードウェアの製品開

発のお役に立てば幸いである｡

研究組織

研究代表者: 小林広明

研究分担者: 中村維男

研究分担者: 鈴木健一

研究分担者: 滝沢寛之

研究分担者: 佐野健太郎

交付決定額(配分額)

(東北大学情報シナジーセンター教授)

(東北大学大学院情報科学研究科教授)

(東北大学大学院情報科学研究科講師)

(東北大学大学院情報科学研究科講師)

(東北大学大学院情報科学研究科助手)

(合計金額:千円)

研究発表

(1)学会誌等

1)鈴木健一,斎田泰昌,佐野健太郎,大庭信之,小林広明,中村維男"3DCGiRAMア-  ノ

キテクチャによる実時間レイトレーシングシステムM,電子情報通信学会論文誌, Wl.

J851D-II, No･8, pp･1365-1367,2002.

Ken-ichi Su2nki, Yasumasa Saida, Kentaro San°, Nobuyuki Oba, Hiroaki Kobayashi, and Tadao

Nakamura, "Real-Time Ray-Tracing System with the 3DCGiRAM Architecture,M IEICE

Transactions, Vol･J85-D-II, No･8, pp･ I 365-I 367, 2002

ー_-■_       --   _         一一 -     一-      --一一一     -      一一一一一   一   -一一一一        一    一-      一一一一一---一   一 - -■

--2)三浦 健,滝沢寛之･佐野健太郎､中島 平,小林広明,中村維男, "視覚的画質劣化を

抑制するベクトル量子化手法"I Information Teclmology Leuers, Vol.1, pp.185-186, 2002.

Takeshi Miura, Hiroyuki Takizawa, Kentaro San°, Taira Nakajima, Hiroaki Kobayashi, and Tadao

Nakamura, uA Vector Quantizer Preventing Image Degradation by Minimizing

Locally-Concentrated Errors Over Macroblocks," hformation Teclmology Letters, Vol･1,

pp. 185-186, 2002

3) Hiroyuki Takizawa Kentaro San0, Taira Nakajima, Hiroaki Kobayashi, and Tadao Nakamura, "Vector Quantization Codebook Design Using the Lawl0f-the-Jungle Algorithm," IEICE Transactions on hfomation and Systems, Vol･ E86-D, No･6, pp･ 1 068- 1077, 2003.

4)滝沢寛之､三浦 健,小林広明,中村維男, …画像のエッジ劣化を抑制するベクトル量子

化符号帳設計", Information Teclmology Letters, Vol.2, pp.243-244 , 2003.

Hiroyuki Takizawa, Takeshi Miura, Hiroaki Kobayashi, and Tadao Nakamura, uVector Quantization

Codebook Design Restraining Edge Degradation of Images," Information TechnologyLetters, vol.2,

pp.243-244, 2003

5) Jubei Tada Hugo Kenji Pereira Harada, Kentaro Sano, Hiroaki Kobayashi and Tadao Nakamura,

uAnInstruction Cache Mechanism for Simultaneous Multithreaded VLIW Processors," Asian

Infomation-Science-Life, Vol.2, No. 1 , 2003.

…Anchitecture to allow Intrinsic Concurrency on Java Processor for Embedded Systems,"

Journal of Information, Vol. 7, No.3, 351-366, 2004

7) Clecio Donizete Lima, Progyna Khondkar, Kentaro San°, and Tadao Nakamura, …A Distributed

Register FileAnchitecture for Executing Scientific Applications," Journal of Information,

Vbl.7, No.2, pp.215･226, 2004.

8) Kentaro San°, Yusuke Kobayashi, and Tadao Nakamura …Differential Coding Scheme

for Efficient Parallel Image Composition on a PC Cluster System," Journal of Parallel

Computing, Ⅵ)1.30, No.2, pp･285-299, 2004･

9) Kentaro Sano, Shintaro Momose, Hiroyuki Takizawa, Hiroaki Kobayashi,and Tadao Nakamura,

"Efficient Parallel Processlng Of Competitive Leaming Algorithms:'Joumal of Parallel Computlng,

Ⅵ)1.30, No.12, pp.1361-1383, 2004･

10) Kentaro Sano, Chiaki Takagi, Kenichi Suzuki and Tadao Nakamura, "High･Speed

Codebook Design by the Mdtipath Competitive Learning on a Systolic Memory

Anchitecture," wsEASTransactions on Circuits and Systems, Vol.10, No.3, pp.2187･2193,

2004.

ll) Hiroaki Kobayashi, Isao 'Kotera, and Hiroyuki Takizawa, "LocalityAnalysis to Control

Dynamically Way-Adaptable Caches,n To appear in ACM SIGARCH Computer Architecture News･

Ⅵ)1.33, No.3, 2005.

(2)口頭発表

1) Hiroaki Kobayashi, Ken-ichi Suzuki, Kentaro Sanoand Nobuyuki Oba, …Interactive Ray-Tracing onthe 3DCGiRAM Architecture, H Proceedings of ACM/IEEE MICROl35 4th Workshop on Mediaand Streaming Processors, pp.53-59, 2002･

2) Hiroaki Kobayashi, "High-Pe血mance Photo-Realistic Graphics on the 3DCGiRAM

Architecture,n Proceedings of IntemationalConference on Optical Communicationand Multimedia

(ICOCM2002), pp. I 1411 1 7, 2002 (Invited Talk)･

3) Kentaro Sano, Hiroyuki Takizawa, Taira Nakajima, Hiroaki Kobayashi and Tadao Nakamura,

Algorithm･n Proceedings of the 2nd htemational Conference on visualization, Imaglng'andlmage

Processlng, PP･5 1 9-526, 2002.

4) Kentaro San°, Shintaro･ Momose, Hiroyuki Takizawa, Clecio･Donizete･Lima, Hiroaki Kobayashi, and Tadao Nakamura, UPARALLEL ALGORITHM FOR THE LAWl0F-THE-JUNGLE LEARNNG TO THE FAST DESIGN OF OPTIMAL CODEBOOKS," Proceedings of Fourteenth

TASTED htemational Conference on Parallel and Distributed Computingand Systems (PDCS 2002),

pp.582-587,2002.

5) Hiroyuki Thkizawa, Taira Nakajima, Kentaro San°, Hiroaki Kobayashi and Tadao Nakamura, "A

Comparison Study Of Vector Quantization Codebook Design Algorithms Based On The

Equidistortion Principle:'Proceedings of the 2 1 st IASTED Intemational Conference.n Artificial

btelligence and Applications, pp･ 255-26 1 , 2003.

-J- L--■    -1---.       ---L 一        一.-･･一･･.一･･･    一一-       一･一一一   Jr r__---_■_ _ _

6) Seong-Yong Alm, Yo-Seop Hwang, and Jeong-ALee"Design Variationand Performance

Trade-0ffs by Changing Processing Rates of Functional Elements in a Reconfigurable Embedded

System,''Proceeding8 0f COOL Chips Ⅵ, p.81, 2003.

7) Hiroaki Kobayashi (Ed.), "Outlook for lowIPOWer and high-performance processor design: How

can we survive in an era of billion-transistor chipsr, Proceedings of COOL Chips VII, pp･ 1 I 7-127,

2004

8) Hiroyuki Takizawa and Hiroaki Kobayashi･ "AnEffective Implementation of Vector Quantization

Encoder on Commodity Graphics Hardware," Proceedings of Intemational Conference on ITand Applications (ICITA), CDIROM, 2004, Harbin, China, 2004

9) Hiroyuki Takizawa and Hiroaki Kobayashi, "A Fast Computation Scheme of Partial Distortion

Entropy Updating'" Proceedings of the Intemational Conference on Information Teclmology: Coding

and Computing (ITCC) 2004, Vol･ I , pp･736-741 , Las Vegas, Nevada, U･S･A･, 2004･

10) Hiroaki Kobayashi, Isao Kotera,and Hiroyuki Takizawa, -LecalityAnalysis to Cont,oI

Dynamically Way-Adaptable Caches," Proceedings of ACM PACTO4 Workshop on Memory Pe血mance (MEDEA-2004), pp. 27-34, France, 2004.

1 I) Hiroyuki Takizawa,and Hiroaki Kobayashi, "Evaluation of Large-Scale Remote Interactive

Visualizationvia Super SINET", Proceedings of the 3rd Intemational Conference on Information (INFO2004), pp. 456459, Tokyo, 2004.

-12) Hiroyuki Takizawa and Hiroaki Kobayashi, "Multi-Grain Parallel Processing of Data Clustering on Programmable Graphics Hardware," Lecture NotesinComputer Sciences, Vol.3358, pp. 1 6-27,

Springer-Verlag, 2004.

BEST PAPER AWARD at the 2nd intemational symposium on Parallel and Distributed Processlng

and Applications (ISPA'04), Hong Kong, 2004.

13) Shintaro Momose, Kentaro Sano, and Tadao Nakamura, "Fast Codebook Design for

Conference on Information Technology and Applications, CDIROM, 2004

14) Clecio Donizete, Kentaro San°, Progyna Khondkar,and Tadao Nakamura, "Hybrid Parallel

Machines,'' proceedings of the 2nd International Conference on Information Technology

and Applications, CD･ROM, 2004.

15) Kentaro San°, Chiaki Takagi, Ryusuke Egawa, Kenichi Suzuki and Tadao

Nakamura, "A Systolic MemoryAnchitecture for Fast Codebook Design based on MMPDCL

Algorithm,'' proceedings of the International Conference on Information TTechnology

Coding and Computing, pp.572-578, 2004.

16) Tadao Nakamura, …The DeTlmition of Low Power and HighSpeed,'' proceedings of the

Third International Conference on Information, SIS, 2004 (Keynote Speech).

17) Mutsuo lto, Ryusuke Egawa, Kentaro San°, Kenichi Suzuki and Tadao Nakamura, HSimulating Fine-Grain Thermal Behaviors on VLSIs," proceedings of the International

Workshops on Thermal Investigations oHCs and Systems, pp.63･68, 2004.

18) Hossam A･ H･Fahmy and Michael J. Flym, "An Adder for a Redundant Digit Arithmetic

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