Updated on 2026/03/10

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SHUDO KAZUYUKI
 
Organization
School of Computing Visiting Professor
Title
Visiting Professor
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News & Topics

Research Areas

  • Informatics / Software

  • Informatics / Computer system

  • Informatics / Database

Education

  • Waseda University   Graduate School of Science and Engineering

    1996.4 - 2001.3

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    Country： Japan

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  • Waseda University   School of Science and Engineering

    1992.4 - 1996.3

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Research History

  • Kyoto University   Academic Center for Computing and Media Studies   Professor

    2022.4

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  • Tokyo Institute of Technology   Dept. of Mathematical and Computing Science, School of Computing   Associate Professor

    2016.4 - 2022.3

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  • Tokyo Institute of Technology   Dept. of Mathematical and Computing Sciences, Graduate School of Information Science and Engineering   Associate Professor

    2008.12 - 2016.3

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  • Utagoe Inc.   Director, CTO

    2006.4 - 2008.11

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  • National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)   Research Scientist

    2001.4 - 2006.3

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  • Waseda University   Media Network Center   Research Associate

    1998.4 - 2001.3

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Professional Memberships

  • 情報処理学会

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  • IEEE Computer Society (IEEE-CS)

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  • Association for Computing Machineary (ACM)

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  • Information Processing Society of Japan (IPSJ)

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  • IEEE Computer Society (IEEE-CS)

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  • Association for Computing Machineary (ACM)

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  • Japan Society for Software Science and Technology (JSSST)

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  • 日本ソフトウェア科学会

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Papers

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MISC

  • Simulation of the Bitcoin Network Considering Compact Block Relay and Internet Improvements

    Ryunosuke Nagayama, Kazuyuki Shudo, Ryohei Banno

    arXiv:1912.05208   1 - 4   2019.12

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    Language：English   Publishing type：Internal/External technical report, pre-print, etc.  

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  • 東京工業大学における実践的IT人材育成の試み―ITシステムの価値探索とチームビルディング

    小林隆志, 権藤克彦, 佐伯元司, 首藤一幸, 西崎真也, 森本千佳子, 脇田建, 渡部卓雄

    日本ソフトウェア科学会研究会資料シリーズ(Web)   ( 82 )   40‐48 (WEB ONLY)   2018

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    Language：Japanese  

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  • 東京工業大学におけるITシステムの価値探索を狙いとした実践的IT人材育成の試み―Problem Based LearningとProject Based Learning

    小林隆志, 権藤克彦, 佐伯元司, 首藤一幸, 西崎真也, 森本千佳子, 脇田建, 渡部卓雄

    日本ソフトウェア科学会大会講演論文集(CD-ROM)   34th   ROMBUNNO.rePiT2‐2   2017

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    Language：Japanese  

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  • Overlay Weaver: An Overlay Construction Toolkit

    SHUDO KAZUYUKI, TANAKA YOSHIO, SEKIGUCHI SATOSHI

    情報処理学会論文誌コンピューティングシステム（ACS）   47 ( SIG12(ACS15) )   358 - 367   2006.9

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    Language：Japanese   Publisher：一般社団法人情報処理学会  

    We have been developing an overlay construction toolkit called Overlay Weaver as the groundwork for future research on algorithms. Algorithm designers can implement structured overlay algorithms in just hundreds of lines of code with the toolkit and improve these rapidly by iterative testing them on a single computer. The toolkit, enables designers to make fair and large-scale comparisons between of new and existing algorithms, since the implemented algorithms are pluggable and the emulator provided by the toolkit can host thousands of virtual nodes. Furthermore, the implemented algorithms can work on a real network in addition to the emulator. The toolkit enables algorithms developed through research to be used in applications directly. We decomposed the routing layer of software which constructs structured overlay into a routing process and a routing algorithm. In this paper, we propose a programming interface between them. Decomposition enables an algorithm to be implemented in just hundreds of lines of code. The routing process also became pluggable by decomposition and the toolkit can provide both iterative and recursive routing.

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  • オーバレイ構築ツールキットOverlay Weaver

    首藤一幸, 田中良夫, 関口智嗣

    情報処理学会シンポジウム論文集   2006 ( 5 )   183 - 191   2006.5

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    Language：Japanese  

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  • アプリケーション層マルチキャスト : 基本と応用

    首藤一幸

    UNIX magazine   10   34 - 43   2006

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    Publisher：(株) アスキー  

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  • P2P - based Middleware Enabling Transfer and Aggregation of Computational Resources

    SHUDO KAZUYUKI, ONISHI JOJI, TANAKA YOSHIO, SEKIGUCHI SATOSHI

    情報処理学会論文誌コンピューティングシステム（ACS）   45 ( SIG6(ACS6) )   208 - 222   2004.5

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    Language：Japanese   Publisher：一般社団法人情報処理学会  

    This paper describes the design and implementation of P2P-based middleware for transfer and aggregation of computational resources. We adopted a P2P communication software, JXTA, as the communication library in order to allow application programmers to write programs in any model of parallel programming. P2P communication presents an overlay network where any computer can communicate with each other directly. In this paper, we proposes an application method of useful concepts that JXTA provides to goals of our middleware. The applied concepts are "peer groups" and "discovery", and our initial goals include transfer of resources and distributed high-throughput computation by aggregating those resources. On the other hand, it is natural to be inferred that such a P2P communication software imposes certain amount of overhead on our middleware in communication performance. Then we measured communication performance of parallel programming library our middleware provides and throughput of an application program in different conditions. The results of these experiments outlined conformity of the implemented middleware with high-throughput computation and desirable conditions of applications for improvement in performance. The current implementation of this framework can fully utilize a bandwidth of 100 x 10^6 bps and shows a speed-up ratio of over 20 times with 32 computers even in case that the granularity of subproblems is adequately fine as less than a second.

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  • Exploitation of Computational Applications : Stream from World Wide Web to Grid of Computer, Devices and Software

    SHUDO Kazuyuki, TANAKA Yoshio, SEKIGUCHI Satoshi

    The Journal of The Institute of Image Information and Television Engineers   57 ( 12 )   1626 - 1631   2003.12

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    Language：Japanese   Publisher：社団法人映像情報メディア学会  

    DOI： 10.3169/itej.57.12_1626

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  • Efficient Implementation of Strict Floating-point Semantics

    SHUDO Kazuyuki, SEKIGUCHI Satoshi, MURAOKA Yoichi

    Transactions of Information Processing Society of Japan   44 ( 6 )   1570 - 1582   2003.6

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    Language：Japanese   Publisher：一般社団法人情報処理学会  

    IA-32 processors yield different results of floating-point operations from other processors, even though they are all compliant with IEEE 754. The Java specifications need runtime systems to implement the FP-strict semantics, which other IEEE 754 compliant processors naturally fulfill. We implemented the semantics on a Java Just-in-Time compiler for IA-32. This study reveals that single-precision operations can be performed with precision control bits of the processor staying as double-precision. Performance evaluation demonstrates that our implementation method reduced the performance decline by the semantics down to 40%.

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  • A Case Study of Access Grid Node Construction and a Global Technical Conference

    SHUDO Kazuyuki, TANAKA Yoshio, KOMATSU Hiroyuki, MATSUOKA Satoshi, NANRI Takeshi, OKAMURA Koji, SEKIGUCHI Satoshi

    IPSJ SIG Notes   2002 ( 22 )   31 - 36   2002.3

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    Language：Japanese   Publisher：一般社団法人情報処理学会  

    Access Grid represents a project and a software suite that support human interaction across the grid. The main and basic part of the technology is a large-scale video conference system. We have designed and constructed a package Access Grid node, named "Delivery Grid". Utilizing the technology, SC Global was held at the SC2001 conference. It is the first global technical conference on the Grid. Over 40 nodes attended to the event. We contributed to the event by planning and hosting a panel discussion related to Asia-Pacific Grid and attending from Japan and Denver. This paper describes our experiences in the construction of Access Grid and the SC Global.

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  • Efficient Implementation of Strict Floating - Point Semantics

    SHUDO Kazuyuki, MURAOKA Yoichi

    IPSJ SIG Notes   2001 ( 76 )   99 - 104   2001.7

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    Language：Japanese   Publisher：Information Processing Society of Japan (IPSJ)  

    IA-32 processors yeild different results of floating-point operations from other processors, even though they are all compliant with IEEE 754. We implemented the floating-point semantics of the other IEEE 754 compliant processors on a Java Just-in-Time complier. Performance evaluation demonstrates that our implementation method reduced the penalty to 40%.

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Awards

  • 平成27年度 理学部若手教員教育賞

    2016.3   東京工業大学 理学部  

    首藤 一幸

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  • 2012年度 長尾真記念特別賞

    2013.6   情報処理学会  

    首藤 一幸

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  • 平成24年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2012.4   文部科学省  

    首藤 一幸

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  • 平成22年度 東工大挑戦的研究賞

    2010.7   東京工業大学  

    首藤 一幸

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  • 第9回 船井学術賞

    2010.3   (財)船井情報科学振興財団  

    首藤 一幸

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  • 平成19年度 山下記念研究賞

    2008.3   情報処理学会  

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    Country：Japan

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  • IPSJ Yamashita SIG Research Award

    2008  

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  • 2006年度上期 未踏ソフトウェア創造事業 スーパークリエータ認定

    2007.5   (独)情報処理振興機構  

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    Country：Japan

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  • 平成18年度 論文賞

    2007.5   情報処理学会  

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    Country：Japan

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  • IPSJ Best Paper Award

    2007  

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  • Super Creator certification

    2007  

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  • 先進的計算基盤システムシンポジウム SACSIS 2006 最優秀論文賞

    2006.5  

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    Country：Japan

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  • Best Paper Award in SACSIS2006

    2006  

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Research Projects

  • トリレンマの数理的解明とそれに基づく持続可能ブロックチェーンの研究

    Grant number：24H00691  2024.4 - 2029.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    首藤 一幸, 斉藤 賢爾, 坂野 遼平, 廣中 詩織

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    Grant amount：\47450000 （ Direct Cost: \36500000 、 Indirect Cost：\10950000 ）

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  • ブロックチェーンを持続可能にする数理的・実験的研究

    Grant number：21H04872  2021.4 - 2025.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    首藤 一幸, 斉藤 賢爾, 坂野 遼平

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    Grant amount：\41470000 （ Direct Cost: \31900000 、 Indirect Cost：\9570000 ）

    安全性：ブロック伝搬の高速化手法をいくつか提案した。また、そうした高速化を踏まえた性能（TPS）とセキュリティのトレードオフ調整手法の研究を進め、発表した。高速化手法の1つ目は、配信木を1つではなく複数構築して、その上でブロックを伝搬させる手法である（北川, 信学会 技術研究報告）。2つ目は、伝搬させるデータを極限まで小さくして高速に伝搬させる手法である（長谷川, DEIM）。最初に伝搬させるデータは、ブロックが生成されたことを伝えるための最小限の情報を含み、ブロックそれ自体は後から伝搬させる。
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    安全性の指標として重要であるのは、フォーク発生率である。フォーク発生率を従来より精度よく記述する式を提案した（櫻井, 信学会 技術研究報告）（Sakurai, ICCE 2023）。
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    分権性：ブロックチェーンの方式によっては、正常動作のために、各ノードの時計がある程度正確であることが必要である。時計合わせをブロックチェーン外部（例：GNSS, GPS）に頼るということは、多くの場合、国に依拠するということであり、分権性を損ねる。そこで、ノード群で相互に時計を合わせる方式を提案した（三木, 信学会 技術研究報告）（Miki, Blockchain 2022）。

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  • Anatomy of benchmarks

    Grant number：16K12406  2016.4 - 2019.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    Shudo Kazuyuki

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    Grant amount：\3380000 （ Direct Cost: \2600000 、 Indirect Cost：\780000 ）

    Benchmarking is an indispensable method to evaluate how much computer systems are suitable to our purpose by measuring and comparing them. We proposed a statistical technique to reveal relationships between application benchmarks and performance of system components. Storage systems were also our targets in addition to CPUs, that was planned at the beginning. Our technique enabled us to investigate which basic operations, such as add and memory access, contribute to the benchmarking results and how much they contribute. It is also enabled to estimate how a storage system performs well with emerging storage devices such as Storage Class Memories.

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  • Graph sampling techniques for precise estimation of large-scale graph measures

    Grant number：26540161  2014.4 - 2016.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    Shudo Kazuyuki, AKIOKA SAYAKA

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    Grant amount：\3640000 （ Direct Cost: \2800000 、 Indirect Cost：\840000 ）

    Graph sampling is an effective approach to estimate measures of graphs in case it is not possible to analyze an etire graph for reasons such as difficulty in obtaining and its great magnitude. We took two approaches to improve precision of the estimation. An approach is assuming a target graph to be a complex network and utilizing the assumption. Another approach is replacing normal random walk with non-backtracking random walk. The latter approach reduced the number of sampling steps to collect a certain number of vertexes in comparison to the existing best technique and improved the precision even with the same number of sampled vertexes.

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  • Techniques for simulating an autonomous system with over 10 billion nodes

    Grant number：25700008  2013.4 - 2018.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

    SHUDO KAZUYUKI

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    Grant amount：\21190000 （ Direct Cost: \16300000 、 Indirect Cost：\4890000 ）

    There are large-scale distributed systems with 10 million computers working on Internet. And, the number of computing devices connected to the Internet is going to reach 10 billions. Nevertheless, known techniques can simulate only millions of nodes. Our goal was inventing techniques to simulate 10 billion nodes.
    The results include an event-driven simulation technique running on a distributed data processing system such as Apache Hadoop and Spark. The technique handles timing precisely thanks to its event-driven nature. A software implementing the technique could simulate 100 millions of nodes with a commodity PC.

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  • Fundamentally scalable routing algorithms for Internet

    Grant number：24650025  2012.4 - 2014.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    SHUDO Kazuyuki

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    Grant amount：\3770000 （ Direct Cost: \2900000 、 Indirect Cost：\870000 ）

    We introduce peer-to-peer, especially structured overlay related ideas into routing on wide-area networks represented by Internet. Overlay ideas possiblly enable fundamentally scalable Internet routing. Let N be the number of nodes. An algorithm we designed achieves O(log2 N) information that each node has to store though existing algorithms require each node to store O(N) information. We also developed a simulator and examined the possibility of implementation in a network switch / router.

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  • Simulating distributed systems composed of millions nodes

    Grant number：22680005  2010 - 2011

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

    SHUDO Kazuyuki

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    Grant amount：\10920000 （ Direct Cost: \8400000 、 Indirect Cost：\2520000 ）

    A research community in distributed systems has to deal with the scale from tens of billion to thousands of billion. We have improved the scale that we can simulate from sub-million to millions in this research. Our achievements include the new approach to large-scale simulation in which a simulator is based on a general purpose distributed processing systems such as graph processing systems

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  • 100万を超えるノードからなる自律分散システムの実験環境構成法

    Grant number：21800019  2009 - 2010

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    首藤 一幸

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    Grant amount：\2730000 （ Direct Cost: \2100000 、 Indirect Cost：\630000 ）

    研究の目的は、100万ノードからなる自律分散システムの実験を可能とするソフトウェアプラットフォームを開発しつつ、その構成法を明らかにすることである。ベースとして用いた実験プラットフォームを詳細に調査、それを踏まえて改良し、その結果、それまで計算機1台上では30万ノードの実験が可能であったところ、60万ノードの実験が可能となった。主な調査・改良点は、並行/並列処理の基礎的な機構であるスレッドを取り扱う個所である。2009年9月からスレッドの取り扱いを調査・改良し、2009年11月には60万ノードでの実験が可能となった。その時点では、成功すべき処理(ノードによるデータ格納/読み出し処理)が失敗する場合が多く見られたが、その後も改良を続けており、成功率は向上し続けている。この成果は、実験プラットフォームの新版に実装されており、2009年12月に一般公開した。公開後、実験プラットフォームは、3月末までの間に、約2500回ダウンロードされた。

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  • ストリーミング計算モデルに基づく広域高性能計算に関する研究

    Grant number：12780245  2000 - 2001

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  奨励研究(A)

    首藤 一幸

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    Grant amount：\1600000 （ Direct Cost: \1600000 ）

    本研究の目的は、広域に分散しネットワークで接続された計算機群を用いて高性能計算を行うための基盤ソフトウェアを設計、開発することである。このような取り組みはグローバルコンピューティングと呼ばれ、米国、欧州、国内で今盛んに研究がなされている。広域計算では、計算機間の通信遅延を避けられない。計算機群が地理的に集中していれば、クラスタですら数マイクロ秒程度の通信遅延を達成できる。しかし、例えば300km離れた地点間の通信では、光速がたかだか30万km/秒であるため、最低1ミリ秒はかかってしまう。そこで、通信遅延への耐性が高い、すなわち、通信遅延があろうとも高いスループットを達成し得る計算モデルとして、我々はストリーム計算を提案した。
    平成12年度は、ストリーム計算モデルを採用したアプリケーションプログラムを容易に開発、実行するための基盤ソフトウェアを開発、発表した。これを用いることで、プログラマは実行時の繁雑な通信、タスクのスケジュール等を気にすることなく、自分のアプリケーション開発に専念できる。また、利用者は、タスクをどの計算機に配置し、計算のデータストリームをどういった順、経路で流すかをGUIを用いて直観的に指示できる。もう一方の取り組みとして、データストリームを流す最適な経路を求めるアルゴリズムの開発に取り組んだ。前者は研究会で発表し、後者は国際ワークショップで発表した。本システムの応用例として、動画像を連続した静止画に分解し、各静止画に対して数種類の画像処理を施し、結果を再び動画像として利用者に提示するというアプリケーションプログラムを開発した。

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