投稿者: yasu

6/17-19 にハイデルベルク大で開催された HEART 2026 にいってきました。ドイツで一番古い大学だそうですが、会場の建物は新しくてめちゃめちゃかっこよかったです。なお、去年は我々の地元、熊本市民会館での開催でした。

私たちの研究室からは量子誤り訂正のためのFPGAクラスタむけの相互結合網技術についての発表を行いました。いろいろな反響があって楽しかったです。

旧市街にはむかしの大学の建物が今でも残っており、みんな知ってるキルヒホッフはここで研究していたそうです、すごい。

ハイデルベルクには有名な古城があって、会議のあと、参加者全員でガイドのお兄さんの詳しい解説付きで見学してきました。すごかった。

5/27-29にCERN (欧州原子核研究機構) で開催された 3rd FPGA developers’ forum で修士2年の田中創君が発表することになり、行ってきました。会場はCERNのMain auditorium、2012年にヒッグス粒子発見の会見が行われたあのホールです。

田中君は量子コンピュータへの応用をターゲットにして、超高速の通信を低遅延で実現する方式について研究を進めており、これはさまざまな応用先が期待できると考えています。発表後にはさまざまな質疑がなされ、また、CERNでの実験での利用についても議論がなされました。FDFでの日本人の発表は彼が初めてででしたし、今回、発表者のほとんどは博士号をもっている人たちで、めちゃめちゃ歓迎されました。

FDFにはCERNのユーザでないひともたくさんくるので、施設見学もあるのですが、ぼくらはデータセンタの見学へ。Tim Berners-Lee 率いるチームが最初の Web サーバと Web ブラウザを開発したところでもあります。

1号館の0階 (日本でいう1階) にはこんなメモリアルプレートもあるんですね、いつも1階を通り過ぎちゃうので全然知りませんでした…

日本からいくと時差が7時間くらいあり、朝5時に起きると日本のお昼のミーティングに出たり、午後の講義をリモートでやることもできます。Zoom すごい。1時間や2時間何かやったところで、終われば9時の会議スタートまで時間があるので、通用口から出てちょっと歩くとこんな感じです。

世界最高峰の研究施設のとなりにどこまでも続く麦畑とブドウ畑があるの、とても良いですね、お昼休みに散歩したり、朝夕に自転車で走り回っているCERNの人たちもいっぱいいるようでした、僕もめちゃめちゃ散歩してきました。

研究室には計算や設計をするための計算用コンピュータと、FPGAなどをつかっていろいろな実験を行うための実験用コンピュータがそれぞれたくさんあるのですが、今まですべて教員研究室の棚に設置していました。「先生の部屋の前を通るとすごい音がします」といろいろな学生さんにもいわれましたし、ノイズキャンセリングヘッドフォンがないとつらい環境でした。あと、冬季は冷房が使えないので10月から3月くらいまでずっと窓をあけており、細かな砂が入って機材が傷む問題も…

見慣れない黒い太いケーブルがたくさんありますが、100 Gbit Ethernet 用のケーブルです。光ファイバだともっと細くて柔らかいのですが、銅線ケーブルのほうが安いので…

それで、昨年竣工した D-Square という新しい建物の1階にサーバ室ができたので、そちらにサーバラックを設置して、年度末にそちらへほぼ全システムを移行する作業を行いました。サーバラックに入れるには、普通のデスクトップ用のケースではなくてラック用のケースに収めなければいけないので、たくさんのコンピュータを分解して新しいケースに組み付け直して動作チェックして… が延々と続きました。

右のラックが計算用、左のラックが実験用です。100 Gbit Ethernet はこれを機に全部光ファイバに置き換えてすっきりしました。いきなりほぼラックスペースがが埋まってしまった (空いているところはまだ機材を引っ越してないだけ…) のでこれからはやりくりを考えながらやっていかないと… ですね。

JAMSTEC (海洋研究開発機構) むつ研究所との共同研究で、北海道木古内町に新たな海洋レーダ局を設置し、9月上旬から観測が開始されました。

ラックの上に置かれているのが研究室で開発したレーダ送受信機です。従来運用してきた研究用のレーダ送受信機と比べると大幅な低コスト化に成功しています。

津軽海峡の東側ではすでに汐首レーダ局が稼働しており、今後、津軽海峡の流況解析を進めて行く予定です。

量子計算機に係わる研究のニュースが多く報道されるようになってきていますが、私たちの研究室ではムーンショット型研究目標6のもとで、誤り耐性型量子計算機の実現へ向けた研究を進めています。

といっても、量子ビットを操作したり量子アルゴリズムを開発しているわけではなく、誤り耐性型量子コンピュータの実現に必要な最高のシリコン（古典）計算機を作る、というのがミッションです。特に、量子ビットを観測・操作するシステムと、量子ビットの誤りを検出して訂正するFPGAクラスタをどのようなネットワークで接続するか、という課題に取り組んでいます。

私達の研究室ではもともと、Kyokko という低遅延なFPGA-FPGAの接続技術を開発しているのですが、いまのところこれは2つのデバイスを接続する技術なので、多対多のネットワークには向いていません。そこで、多少通信の遅延時間がかさんでもいいので、少ない開発コストで多数のシステム（コンピュータやFPGA) を接続したい、となると、一般の家庭やオフィスのLANでも用いられているEthernetが候補に挙がります。

一般に広く普及しているLANは1Gbps で、これでは少々力不足なので、研究室では従来から100GbpsのEthernet switchを運用してきました。しかし、実用に耐えうる誤り耐性型量子計算機を実現するのには数万とか百万の量子ビットが必要といわれており、これには100Gbpsでも不足では、ということを考えています。幸い、400Gbps Ethernetの機器もデータセンターではかなり普及しつつあるようで価格が下がってきており、研究室に導入することができました。残念ながらまだ 400G 対応のケーブルが手に入っていないのですが、今後、これを使ってさまざまな実験を進めていく予定です。

CERN (欧州原子核研究機構) で行われている ALICE (A Large Ion Collider Experiment) 実験に、2024年から Associate Member として参加することになりました。日本のチームが大きく関わっている FoCal、前方カロリメータと呼ばれる検出器の開発に、私たちの研究室の持っている FPGA 設計のさまざまな技術を通じて貢献していくことになっています。

ALICE実験は名前の通り重イオン（鉛）を光速近くまで加速して衝突させ、その瞬間に生じる超高温・高密度の状態から宇宙の初期状態に存在したとされるクォーク・グルーオンプラズマ (CGP) と呼ばれる状態の性質を解き明かそうとする実験です。ALICE FoCalでは特に、ごく初期に存在したと考えられているカラーグラス凝縮と呼ばれる状態を観測することが期待されています。

実験に参画するメンバーとして登録されるのは「熊本大学」であって研究室や長名個人ではないのですが、熊本大学での研究リーダーがとりあえず現地に行かないとはじまらない、ということで11月末にCERNにいってきました。熊本空港から羽田、イスタンブールを経由してジュネーブまで、めちゃめちゃ遠かったです。

ちょうど加速器のビームが止まっていたので中に入れていただく機会もありました。現在はLHCが運転期間中のため、写真のようにコンクリートブロックで覆われているのですが、この内側に入るエレクトロニクスの設計をやっていきます。がんばります。

私達の研究室では今年から CERN ALICE 実験 に Associate Member という形で関わることになりました。正式なメンバーと違うのは実験で解き明かす物理現象そのものではなく、実験に必要な検出器やそれに関わる諸システムの開発そのものがミッション、という点です（工学部ですから！）

CERNの加速器実験は徐々にシステムを高度化しながら実験をすすめ、様々な成果を得ているわけですが、ALICE 実験に関わる今後の高度化計画についてひろく議論するのが Upgrade Week で、今年はポーランドのクラクフにある国立原子核物理研究所で開催されました。

実は成田からの機内の寒さに完全やられてしまい、入国直後に高熱を出してホテルで寝込んでしまったため、自分の発表をホテルのベッドの上からやる、という不測の事態に陥りましたがなんとかのりきり、翌日以降のさまざまな議論には対面で参加することができました。

私達が手がけていくのは前方カロリメータ (FoCal) とよばれる、これまで ALICE には設置されていなかった検出器で、加速器実験における粒子の衝突で発生する粒子のうち、ビーム軸に近い浅い角度に向かって飛びだす粒子（のうち主に、他の検出器では捉えにくい中性のもの）を観測するものです。超高速で得られる大量の信号の中からリアルタイムに意味のあるものだけを選別し、測定結果をリファインするための技術開発をFPGAを活用しながら進めていきます。

いままで学生研究室がなくて間借りしていたのですが、工学研究機器センター棟の2F、202号室に研究室ができました。おなじ情報電気工学科の大川先生・久保木先生・瀬戸先生と相部屋です。わいわいやっていきたいと思います。見学歓迎でーす。

ORNIS株式会社 と共同で短波海洋レーダを開発しています。今回、一号機が設置される静岡県の焼津漁港内のレーダ局の設置作業を行いました。いままで研究用に開発してきた送受信機と比べてコストダウンを図っており、FPGA を小さなものにしたため、設計にだいぶ苦心しましたが、なんとか収まりました。がんばって進めていきます。

焼津のレーダ局は 13.5 MHz 帯を使います。波長が 22 m もあるのでアンテナが大きくなりがちですが、新設計のアンテナはローディングコイルが入っており、コンパクトですごくかっこいい・・・です！

1月にラスベガスで開催された ICCE 2024 (International Conference on Consumer Electronics) で、低レイテンシオンチップネットワークに関する発表を行った修士一年の谷くんが Best Session Presentation Awardを受賞しました。