RWCP10年史 > プロジェクトの研究成果 > 成果のポイント 10年史：プロジェクトの研究成果 RWCプロジェクトの成果のポイント 　 １．全体に係る成果概要 ２．個別要素技術の係る研究開発成果 ２.１　並列分散コンピューティング技術分野における研究開発成果 ２.２　実世界知能技術分野における研究開発成果 ２.３　各領域における研究開発成果 １．全体に係る成果概要 　リアルワールドコンピューティングプログラムは、２１世紀の高度情報化社会において必要とされる情報技術の基盤を確立することを目的とする。この目的のため、実世界知能技術分野と並列分散コンピューティング分野における多くのキーテクノロジを開発した。後期においては、実世界知能技術分野における情報統合と学習・自己組織化、並列分散コンピューティング技術分野におけるシームレス並列分散コンピューティングというパラダイムを提唱し、その実証システムを開発した。 　以下では、このプロジェクトの柱とした、情報統合、学習・自己組織化、シームレス並列分散コンピューティングという見地からの成果を記述する。 (1) 情報統合 　これまでに別々に扱われてきたマルチモーダル情報を統合して扱うという試みを実際に手がけたのは、当プロジェクトが最初である。当プロジェクト研究者が中心となって人工知能学会に「情報統合研究会」が設置され、この方面の研究者にも大きなインパクトを与えた。情報統合を明白に取り上げた研究会・学会は世界でも例を見ない。具体的な成果としては、次の事項が挙げられる。 音声・動画・静止画・テキストなどのマルチモーダル情報を相互検索するCrossMediatorの開発 手指のみならず頭部の動きなども加えて、総合的な判断をする手話認識システムの開発 対話・視覚情報などを総合的に扱う事情通ロボットの開発 音声と画像の統合によるインターモーダル学習の実現 マルチモーダル情報の標準フォーマットを研究し、MPEG-7の中に取り入れるべく国際標準化活動中 視覚と聴覚情報を同時処理時に活動する脳部位の解明 　上記の研究は、現段階では世界でも最高のレベルと言え、所期の目標は達したと言える。但し、理想的な情報統合は人工知能などと同じく深遠なテーマであり、その理想的目標の実現には更なる研究開発が必要と考える。 (2) 学習・自己組織化 　学習・自己組織化は、基礎的研究であり、実世界での多くのテーマが直接・間接に関わっている。特に関連の深い成果としては、次の事項が挙げられる。 （学習） 分散能動学習理論において、学習の新しい理論的フレームを構築し、世界最高のかかり受け推定精度を実証 組み合わせ構造をもつ確率分布モデルに対する学習・推論システムの開発 事前学習による新しい自律学習機能の枠組みを開発 （自己組織化） CrossMediatorの開発においては、「Galaxy Clustering」なる手法を開発し、大量語彙集合に対して、連想関係が自己組織的に定義できる方法を開発 文書集合の自己組織化アルゴリズム「多項ベクトル空間モデル」を開発 適応的状況認知のための自己組織化アーキテクチャについては、データの解釈・索引づけを自己組織的にデータベースに付与する技術を開発 (3) シームレス並列分散コンピューティング 　シームレス並列分散コンピューティングシステムとは、LAN環境で接続された多数の計算機を単一計算機のイメージで使用できるシステムである。この技術により、 安価で高性能なパソコンと高速光ネットワークによるスーパーコンピューティング 大量情報に対するデータマイニングサーバなどの高性能のネットワークサーバ などが実現できる。更に、異種計算機上で動作するため、旧・新機種の混在やベクトルとスカラー計算機など性質の異なる計算機の協調も許される。これにより、今後のネットワーク社会でますます重要となる高性能、高信頼かつ経済性に富んだサーバ類の構築・利用技術を提供できる。 　これに関しては、次の要素技術を研究すると共に、これらを統合した実証機を開発した。 ソフトウェア上の核となるグローバルOS（SCore） 並列コンパイラ（Omni OpenMP） 低遅延高速通信機構RHiNET 　SCoreやOmni OpenMPはフリーソフトとして提供されており、普及が期待できるとともに、フリーソフトビジネスの新たなレパートリを創るものとして期待できる。これらは、国内外の多くの機関で既に実用に供されていて、既に完成度の高いものとなっている。更に、 異機種環境での開発システム を作成し、異機種での実行の優位性を示した。 　また、並列分散コンピューティングにおいて重要となる光インターコネクションについては、世界最高の伝送能力を持つ大容量光スイッチング・インタフェースシステムを開発した。更に、100Gbps以上の伝送を可能とする将来の光インターコネクション技術として、高密度並列情報転送を可能とする面発光デバイスの試作などに成功した。 ２．個別要素技術の係る研究開発成果 　個別要素技術に係る研究開発成果に関し、特筆すべきと思われる成果を記すとともに、各要素研究の主な成果を領域別に以下に示す（表１～11）。 ２.１　並列分散コンピューティング技術分野における研究開発成果 (1) 世界最高水準／世界で初めてのもの SCore Cluster System Software（通信性能が世界最高、世界最高性能のPCクラスタを開発） RHiNET・PCネットワーク用高速スイッチ（世界最高レベルの低遅延、高速ネットワーク） GaAsSb長波長面発光レーザ（世界トップ性能の波長1.3μmで発振する面発光レーザ） GaInNAs長波長半導体レーザ（素材の提案が世界で初めて） InGaAs基板長波長半導体レーザ（世界で初めて３元基板を提案） 並列コンパイラ Omni OpenMP （分散メモリにも使用可能） ファイバ格子レーザモジュール（波長安定性を有する波長多重用レーザを開発） 極低スキューファイバリボン（スキューが世界最小） 異機種並列分散コンピューティング（異機種を対象とした開発システムは世界で初めて） (2)新たな市場創造につながるような新規性が認められるもの SCore Cluster System Software、並列コンパイラ Omni OpenMP（PCクラスタの市場の創造） RHiNET（シームレス並列分散コンピューティング） 長波長半導体レーザ（光インターコネクション、10ギガイーサ等の高速ネットワーク） (3)汎用性のある（応用分野の広い）もの 連成シミュレーション開発支援ツール（大規模シミュレーションに応用可能） SCore Cluster System Software、並列コンパイラ Omni OpenMP (4)当初予想しなかったような成果（派生技術があるもの） SCore の実用化とリアルタイムシミュレーションなどの実時間応用 Comet におけるセキュリティ機能の組み込み 当プロジェクトで提案したGaInNAs の他機関での研究・製品化の活発化 ２.２ 　実世界知能技術分野における研究開発成果 (1) 世界最高水準／世界で初めてのもの CrossMediator（索引無し、マルチメディア相互検索） 進化型ハードウェア（ハードウェアレベルでの進化技術） 分散能動学習方式（係り受け関係解析における曖昧性解消で世界最高水準の精度を達成） 手話認識システム（文法規則による手話認識） Gesture Interface（連続動作からの動作認識） 適応ビジョン（実時間動作ウェアラブルコンピュータビジョン） 情報統合対話システム（音声と画像の統合・音声補完技術） インタラクティブなマルチモーダル対話システム（言語の意味構造を利用） 事情通ロボット（実環境音声対話学習システム） (2) 新たな市場創造につながるような新規性が認められるもの CrossMediator（各種メディアのデータベースや Web 検索） 進化ハードウェア、再構成可能適応デバイス（広くハードウェアレベルでの適応進化、自動最適化） 手話認識方式（福祉分野市場） (3) 汎用性のある（応用分野の広い）もの 統計的知識表現と能動決定（ベイジアンネットワーク推論ツール） 意味的情報検索（高度な大量情報の検索） 学習統合型情報処理の理論基盤（BAYONET、多変量情報量解析） CITY-TRAFFIC（Flip-Tick アーキテクチャによる大規模シミュレーションに適用可能） (4) 当初予想しなかったような成果（派生技術があるもの） 適応ビジョンシステム（フルディジタルで実時間動作する無線接続型のウェアラブルビジョンシステムの開発） ２.３ 　各領域における研究開発成果 (1) マルチモーダル機能領域 　マルチモーダル機能領域においては、人間の発するいろいろな情報を統合的に把握する要素技術として、言語・非言語の統合（声・顔の動きの利用によるリズミカルな対話システム）、手指・非手指の統合（動画像利用による手話認識システム）、声・ジェスチャの統合（キーボ－ドやマウスの代替となるジェスチャインタフェース）技術を開発した（表１）。また、単モード情報の有効利用技術として、人間といっしょに見る技術（ウェアラブルビジョン）、人間を見守る技術（人物追跡、手指動作、行動理解）、人間の忘れっぽさをアシストする音声認識システム（音声補完）を開発した。さらに、基礎・共通技術として、インターモーダル学習技術、顔・表情認識技術、視覚・聴覚パターン同時認知時の脳活動推定技術を確立した。さらに、プロジェクト中途で手話認識システムでは長崎県諌早市で試験運用を行い、また中期見直し時には想定できなかったウェアラブルコンピュータへも機敏に対応している。これらは、当初の目標を超える成果である。 表１　マルチモーダル機能領域における主な成果 研究室名 研究成果名 概要（成果の内容） マルチモーダル機能日立 手話認識システム 文法規則を利用した手話認識システム マルチモーダル機能シャープ おしゃべりができるコンピュータ 声や身振りによるコンピュータとの対話を可能にする技術 マルチモーダル機能NTT 視覚・聴覚パタン同時認知時の脳活動 視覚・聴覚情報を同時に処理する時に活動する脳部位を明らかにした マルチモーダル機能三菱 Video Surveillance 映像から実時間で人の動きを追跡するシステム マルチモーダル機能三洋 Cyber Showcase 手指のジェスチャによる立体モデル操作技術 マルチモーダル機能KRDL 顔と表情の認識 頑健で高速な顔認識と人に応じた表情認識 マルチモーダル機能つくば Gesture Interface ユーザの身体表現に応えるコンピュータ RWI適応ビジョンラボ 適応ビジョンシステム 賢い視覚情報処理で人をアシストするシステム RWI情報統合対話ラボ 情報統合対話システム 音声と画像の統合によるインターモーダル学習技術、言い淀みを補完する音声補完技術 (2) 自律学習機能領域 　表２に示すように、実環境において人間とインタラクションしながら自律的に学習する自律学習システムの要素技術の開発に成功したのみならず、これらの一部を統合することにより、実世界知能プロトタイプとして、オフィスでの情報サービスを行う事情通ロボットの開発にも成功し、当初の目標を達成した。 表２　自律学習機能領域における主な成果 研究室名 研究成果名 概要（成果の内容） 自律学習機能富士通 自律学習機能 事前学習による新しい自律学習の枠組み 自律学習機能MRI 非音声音認識システム ノイズ環境の中から人の声以外のいわゆる『物音』の発生方向と音源種類を認識する技術 自律学習機能SNN 自律的環境学習 視覚情報により環境モデルを学習し、位置の判定と経路選択を行う自走ロボット 自律学習機能SICS 自己再構成を行う学習ロボット 人工意識を用いて自己再構成を行うロボット RWI事情通ロボットラボ オフィスロボット「事情通」 来訪者やオフィスメンバへの情報サービスを行うオフィス移動ロボット (3) 自己組織化情報ベース領域 　動画像、静止画像、音声、テキストなどの実世界やインターネット上の生データの集合を検索する新しい手法を開発した（表３）。CrossMediator においては、索引を作ることなしにマルチメディアデータを相互検索する手法を開発し、商品化された。また、画像と音声を利用したプレゼンテーション技術、膨大なテキストや遺伝子データベースを効率的に検索する技術などを開発した。音楽データベースについては、一部のハミング入力だけで検索する技術や音符化を行う技術を開発したが、これらは当初計画していなかった派生技術でもある。 表３　自己組織化情報ベース領域における主な成果 研究室名 研究成果名 概要（成果の内容） 情報ベース機能日立 大規模画像群のための検索ブラウザﾞ 大規模（数10万件規模）画像データ検索とそのビジュアルなブラウジング 情報ベース機能三菱 意味的情報検索 「ヒットしない」、「ヒットしすぎる」という問題を解決する意味的情報検索システム 情報ベース機能東芝 ＣＭ分析システム 好感度やブランド種別の観点から効果的なCM分析 情報ベース機能KRDL マルチモーダル情報検索 Object Probe及びVisual Keyword技術によるマルチメディア（写真、音声、音楽）検索技術 情報ベース機能つくば CrossMediator 索引なしマルチメディア（動画、静止画、音声、音楽、テキスト）検索統合ソフトウエアパッケージ RWI言語統合ラボ インタラクティブなマルチモーダルプレゼンテーション 言語の意味構造を利用した対話的マルチモーダル（画像と音声）プレゼンテーション技術 (4) 理論アルゴリズム基盤領域 　表４に示すように、情報統合・学習型の情報処理のための汎用的で効率のよい基本アルゴリズムを開発するという当初目標を達成した。それらの成果の一部は、CSLI出版から出版された論文集｢Foundation of Real World Intelligence｣としてまとめられたほか、ベイジアンネットワーク構築ツールBAYONET などのソフトウェアツールも開発され、内外で試用されている。さらに、開発された技術を学習型自然言語処理、免疫ペプチド特性同定などの遺伝子情報処理、都市交通シミュレーション、貧血症の医療診断などの実世界課題や実世界知能プロトタイプシステムに適用し、世界最高水準の性能を含む多くの成果を得た。これは、当初の目標を超えた成果といえる。 表４　理論・アルゴリズム基盤領域における主な成果 研究室名 研究成果名 概要（成果の内容） 理論基盤NEC 分散能動学習方式 データから自動的に規則性を発見する機械学習のための理論 理論基盤東芝 記号としてのニューラルネット ニューラルネットを論理命題と同一枠組みで扱う技術 理論基盤GMD CITY-TRAFFIC 都市交通の実時間シミュレーション技術 理論基盤SNN 統計的知識表現と能動決定 ベイジアンネットワークによる学習・推論アルゴリズム 理論基盤SICS 統計的パターンコンピューティング 異言語間でテキストを検索するために連想機能によって適切な意味の単語を選ぶモデル RWI学習統合基礎ラボ 学習統合型情報処理の理論基盤 各種組み合わせ構造をもつ確率分布モデルに対する学習・推論技術 (5) 適応デバイス領域 　動的適応デバイスとしては、進化型ハードウェアと呼ぶ新しい適応デバイスの領域を新規開発し、ISO 化中のデータ圧縮、大手携帯電話で搭載されるアナログ進化型LSIの商品化、自動調整型フェムト秒レーザのベンチャー企業化、筋電制御義手などの成果をあげた。また、光ニューラルネットにより高速な画像認識を実現した。静的適応デバイスとしては、再構成可能デバイスは論理合成も含めて、性能は既存のFPGAを大きく上回り。低コスト高性能の計算サーバの市場創造に寄与している。またデジタルスマートピクセルは世界最高水準の実装技術を達成し、光並列処理システムを構築してその能力を実証した。以上のように、既存の方法では十分な処理能力が発揮し得ない分野に対して、革新的なデバイスを発明、開発することによって領域目標を十ニ分に達成できたと考えている。（表５） 表５　実世界適応デバイス領域における主な成果 研究室名 研究成果名 概要（成果の内容） 適応デバイスNEC 再構成可能適応型デバイス 演算性能を強化したプログラム可能ハードウエア 適応デバイス松下 デジタル・スマートピクセル 全画素に演算機能と光入出力機能を備えた多段接続高速並列画像処理デバイス RWI進化システムラボ 進化型ハードウェア ハードウェア構成を使用環境に応じて動的に適応させる進化型ハードウェア RWI情報光学ラボ 光ニューラルネットワーク 数ミリ秒で画像処理を行う光ニューラルネットワーク (6) シームレス並列分散コンピューティング領域（並列分散） 　前述のように、ネットワークに接続された多数の計算機をあたかも一つの計算機として並列動作させてスーパーコンピューティングや大量データの検索などを可能とするシームレス並列分散コンピューティングのための諸技術（グローバルＯＳ、並列コンパイラ、異機種開発環境、サーバ応用技術）を開発した（表６）。更にこれらを統合した実証機や世界のスーパーコンピュータを比較したTOP500 でPCクラスタ計算機として一位にランクされる1,000台システムも開発した。グローバルＯＳと並列コンパイラはＷＷＷなどで公開され、内外の多くの機関において科学技術計算目的などで実用に供されている。これらは目標を超える成果である。 表６ シームレス並列分散コンピューティング領域（並列分散）における主な成果 研究室名 研究成果名 概要（成果の内容） 並列分散システム富士通 高速通信処理技術Comet 高速、柔軟な通信プロセッサComet NP 並列分散システムNEC 異機種並列分散コンピューティング 並列分散システムの異機種性を意識せずにプログラム開発・実行を行えるプログラミングシステム 並列分散システム住金 SORBによる類似文書検索システム サーバアプリケーションのクラスタ化を支援するミドルウエアSORBと類似文書検索システム 並列分散システムGMD PROMISE データ並列プログラミング環境 高度な並列プログラムを容易に記述できるプログラミング環境 並列分散システムアーキテクチャつくば RHiNET フロア内、ビル内の計算機間をつなぐ低レイテンシ、広バンド幅で信頼性のあるネットワーク 並列分散システムソフトウェアつくば SCore Cluster System Software PCと高速ネットワークによるパーソナルスーパーコンピュータを実現するシステムソフトウェア 並列分散システムパフォーマンスつくば 並列コンパイラOmni OpenMP 逐次プログラムをOpenMP プログラムに変換し、様々な共有メモリ型並列機で高速実行できるシステム (7) シームレス並列分散コンピューティング領域（光インターコネクション） 　高速の光インターコネクションとしては、低遅延・世界最高速のRHiNET用スイッチを開発した。面発光レーザでは、３種類のデバイスについて開発を進めいずれも高いレベルの成果を得た。特に、本プロジェクトで新たに提案した GaInNAs は、その後国内外の機関（数10ヶ所）で研究され、次世代LANとなる10ギガビットイーサの光源として米国Cielo社より市販された。GaInNAs を主テーマとする国際学会 Low Bandgap Nitride Workshop も創設され、オプトエレクトロニクス分野で一つの潮流を創ったといえる。これは当初の目標を超えた成果である。他にも、高密度波長多重用レーザ、極低スキューファイバリボンなど世界でトップ性能のものを開発した（表７）。 表７ シームレス並列分散コンピューティング領域（光インターコネクション）における主な成果 研究室名 研究成果名 概要（成果の内容） 光インターコネクション日立 PCネットワーク用高速スイッチ PCネットワーク用小型・世界最速64～80Gbps(8～10Gbps×8ポート)の光ネットワークスイッチ（RHiNET-2, 3/SW）を実現 GaInNAs長波長半導体レーザ 世界に先駆けて提案･開発したGaInNAsによる高速変調1.3μm帯半導体レーザ 光インターコネクション富士通 InGaAs基板長波長半導体レーザ 優れた温度特性の1.3μm帯端面発光レーザと1.3μm帯面発光レーザの要素技術 光インターコネクションNEC GaAsSb長波長面発光レーザ 量産性に富む方法による世界トップ性能の波長1.3μmで発振する面発光レーザ オプティカルIP (OIP) 世界で初めてのシステムLSI用IPとして使える高速光I/O(OIP) 光インターコネクション沖 チップ間光インターコネクション ボード上のチップ間を光で結ぶ技術 光インターコネクション住電 ファイバ回折格子レーザモジュール 波長安定性を約１桁改善したファイバ回折格子による波長多重用半導体レーザ 光インターコネクションフジクラ 極低スキューファイバリボン スキューが非常に小さく、また外力に対するスキュー変動がほとんどないファイバリボン 光インターコネクション古河 パッシブアライメント面発光レーザアレイモジュール 0.98μm帯面発光レーザ（VCSEL）アレイとテープファイバを無調芯で直接光結合するモジュール 光インターコネクション日板 マイクロホールアレイ 0.25mm間隔平板マイクロホールアレイを使用した二次元光インターコネクション (8) 並列アプリケーション技術領域 　大規模のシミュレーションを可能とする方式として、連成シミュレーションと物理と統計手法の融合方式を提案し、その効果を実証した。また、並列電力潮流解析、データマイニング、商標検出システムを開発した（表８）。PAPIA では、並列処理による蛋白質情報解析システムを開発し、ＷＷＷを通じて、世界中から利用可能として多くの利用者からアクセスされている。 表８ 並列アプリケーション技術領域における主な成果 研究室名 研究成果名 概要（成果の内容） 並列応用日立 連成シミュレーション開発支援ツール マクロとミクロレベルのシミュレーションを連結、マルチスケールな解析を行うソフトウェア 並列応用三菱 タンパク質立体構造予測 並列処理の特性を活用し物理法則と既知構造情報を併用したタンパク質立体構造予測技術 並列応用MRI 並列電力潮流解析システム 汎用並列計算機による大規模電力系統のオンライン解析・制御技術 並列応用東芝 並列分散データマイニングシステム ＰＣクラスタ上で大規模データから隠された知識を発見するシステム 並列応用三洋 商標検出システム 動画像から商標や標識等の形状パターンを高速に抽出するシステム 並列応用つくば PAPIA: Parallel Protein Information Analysis system 並列処理によるタンパク質情報解析システム Real World Computing Project (1992-2001)　　RWCPメモリアル