2026/03/10 更新

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シュドウ　カズユキ
首藤　一幸
SHUDO KAZUYUKI
所属
情報理工学院 特定教授
職名
特定教授
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News & Topics

研究分野

  • 情報通信 / ソフトウェア

  • 情報通信 / 計算機システム

  • 情報通信 / データベース

学歴

  • 早稲田大学   大学院理工学研究科   情報科学専攻

    1996年4月 - 2001年3月

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    国名： 日本国

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  • 早稲田大学   理工学部   情報学科

    1992年4月 - 1996年3月

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経歴

  • 京都大学   学術情報メディアセンター   教授

    2022年4月 - 現在

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  • 東京工業大学   情報理工学院 数理・計算科学系   准教授

    2016年4月 - 2022年3月

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  • 東京工業大学   大学院情報理工学研究科 数理・計算科学専攻   准教授

    2008年12月 - 2016年3月

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  • ウタゴエ (株)   取締役 最高技術責任者

    2006年4月 - 2008年11月

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  • 産業技術総合研究所 研究員   研究員

    2001年4月 - 2006年3月

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  • 早稲田大学   メディアネットワークセンター   助手

    1998年4月 - 2001年3月

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所属学協会

  • 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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論文

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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年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：機関テクニカルレポート，技術報告書，プレプリント等  

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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年

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    記述言語：日本語  

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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年

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    記述言語：日本語  

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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

    情報処理学会論文誌   47 ( SIG12(ACS15) )   358 - 367   2006年9月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    我々は，ネットワークオーバレイのアルゴリズム研究基盤として，オーバレイ構築ツールキットOverlay Weaverを開発・配布している．これを用いることで，計算機１台上で繰り返し動作試験を行いながら，少ないコード量でstructured オーバレイのアルゴリズムを実装できる．また，アルゴリズムの差し替え，および，計算機１台上での数千ノード規模のエミュレーションが可能であるため，アルゴリズム間の公正な比較を行うことができる．同時に，こうして実装したアルゴリズムはそのまま実ネットワーク上で動作するため，アルゴリズム研究の成果が直接アプリケーションに結びつく．本ツールキットでは，アルゴリズムの実装を容易なものとするために，各アルゴリズムに共通するルーティング処理をアルゴリズム実装から分離した．本論文では，この分離を可能とする両者間のインターフェースを提案する．この分離によって，いくつかのアルゴリズムを，それぞれたかだか数百ステップで実装できた．ルーティング処理の側も，iterative およびrecursive の両ルーティング様式を差し替えられるようになった．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年5月

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    記述言語：日本語  

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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年

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    出版者・発行元：(株) アスキー  

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  • 計算機資源の流通および集約のためのP2Pミドルウェア

    首藤一幸, 大西丈治, 田中良夫, 関口智嗣

    情報処理学会論文誌   45 ( SIG6(ACS6) )   208 - 222   2004年5月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    PCをはじめとする個人情報機器の計算能力やストレージといった資源を，個人間で融通，共有し，ひいては集約して分散処理を行うためのミドルウェアP3の設計と実装を述べる．自由な並列プログラミングを可能とするために，通信には，オーバレイネットワークを提供するP2P通信ライブラリ具体的にはJXTAを採用した．本論文では，計算機資源の授受や，集約しての分散処理という目的に対して，P2P通信ライブラリの提供するピアグループや発見などの諸概念をいかに適用するかを提案する．一方，P2P通信ライブラリの諸機能は通信性能を犠牲にしていることが予想される．そこで，基本性能とアプリケーションの実行性能を測定し，高スループット計算という目的への適合性と，本ミドルウェアで効率の向上を図ることが可能なアプリケーションの条件を調べた．現実装は，100 × 106bpsの帯域幅を十分活用できること，部分問題あたりの処理時間が1秒程度であっても32台で20倍以上の性能向上率は達成できることが分かった．一方で，部分問題1つの配布と回収に10?30ミリ秒を要しており，単一のジョブに数万台規模の計算機を参加させるためには通信遅延の低減が不可避であることも分かった．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 ×106 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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  • 「計算」応用の開拓 : 情報のWebからの計算・デバイス・ソフトウェアのグリッドへ(<小特集>インタネットの新しい応用の開拓を目指して)

    首藤 一幸, 田中 良夫, 関口 智嗣

    映像情報メディア学会誌 : 映像情報メディア   57 ( 12 )   1626 - 1631   2003年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：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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  • 厳密な浮動小数点演算セマンティクスのJava実行時コンパイラへの実装

    首藤一幸, 関口智嗣, 村岡洋一

    情報処理学会論文誌   44 ( 6 )   1570 - 1582   2003年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    IA-32プロセッサは，IEEE 754準拠であるにもかかわらず，ある浮動小数点演算に対して他のプロセッサとは異なる結果を返す．IA-32プロセッサ上で他のプロセッサと同一の演算結果を得るための対処をJava Just-in-Timeコンパイラに実装した．倍精度数の演算ではストア--リロードとスケーリングを行う必要があるが，単精度数の演算では丸め精度を倍精度としたままストア--リロードだけ行えば十分であることが明らかになった．また，いくつかの実装方法について性能への影響を調べたところ，スケーリング専用命令ではなく乗算命令を用いることで性能の低下幅は約40%にまで抑えられることが分かった．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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  • Access Gridの構築とGrid上での国際会議

    首藤 一幸, 田中 良夫, 小松 弘幸, 松岡 聡, 南里 豪志, 岡村 耕二, 関口 智嗣

    情報処理学会研究報告. 計算機アーキテクチャ研究会報告   2002 ( 22 )   31 - 36   2002年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    Access GridはGrid上でのヒューマンインタラクションを支援するソフトウェアおよびプロジェクトであり,その基本部分は大規模ビデオ会議システムである.我々は,ひとつのパッケージにまとめられたAccess Gridノードを設計,構築し,運用してきた.SC2001国際会議では,,AccessGridを活用したSC GlobalというGrid上の会議が併設された.40を越える拠点からの参加があり,我々もApGridパネルディスカッションの企画や,日本とデンバーからの参加という形で取り組んできた.本稿では,これらの取り組み,経験を紹介する.

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  • 厳密な浮動小数点演算セマンティクスのJava実行時コンパイラへの実装

    首藤 一幸, 関口 智嗣, 村岡 洋一

    情報処理学会研究報告計算機アーキテクチャ（ARC）   2001 ( 76 )   99 - 104   2001年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    IA-32プロセッサは，IEEE 754準拠であるにも関わらず，ある浮動小数点演算に対して他のプロセッサとは異なる結果を返す．この問題への対処をJava Just-in-Timeコンパイラに実装した．いくつかの実装方法について性能へ影響を調べたところ，我の方法ではペナルティを約40%に抑えられることが判った．IA-32 processors yield 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 compiler. Performance evaluation demonstrates that our implementation method reduced the penalty to 40%.

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受賞

  • 平成27年度 理学部若手教員教育賞

    2016年3月   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年6月   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年4月   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年7月   東京工業大学  

    首藤 一幸

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  • 第9回 船井学術賞

    2010年3月   (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年3月   情報処理学会  

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    受賞国：日本国

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  • IPSJ Yamashita SIG Research Award

    2008年  

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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年5月   (独)情報処理振興機構  

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    受賞国：日本国

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  • 平成18年度 論文賞

    2007年5月   情報処理学会  

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    受賞国：日本国

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  • IPSJ Best Paper Award

    2007年  

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  • Super Creator certification

    2007年  

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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年5月  

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    受賞国：日本国

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  • Best Paper Award in SACSIS2006

    2006年  

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 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

    研究課題/領域番号：24H00691  2024年4月 - 2029年3月

    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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    配分額：47450000円 （ 直接経費：36500000円 、 間接経費：10950000円 ）

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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

    研究課題/領域番号：21H04872  2021年4月 - 2025年3月

    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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    配分額：41470000円 （ 直接経費：31900000円 、 間接経費：9570000円 ）

    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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  • ベンチマークの解剖学

    研究課題/領域番号：16K12406  2016年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    首藤 一幸

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    配分額：3380000円 （ 直接経費：2600000円 、 間接経費：780000円 ）

    ベンチマークは、計算機システムの性能が目的に合致するかを評価し、比較するための欠かせない手段である。本研究では、アプリケーションベンチマークと構成要素・基本要素ごとの性能との間の関係を見出す統計的手法を提案した。当初予定していたCPUに加えて、ストレージシステムを対象とした。アプリケーションに対して、CPUのどの基本性能がどの程度寄与しているのかを調べることが可能となった。また、Storage Class Memoryといった現れつつあるデバイスを用いることでストレージシステムの性能がどうなるのか推定できるようになった。

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  • 特徴量の高精度な推定を可能にする大規模グラフのサンプリング手法

    研究課題/領域番号：26540161  2014年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    首藤 一幸, 秋岡 明香

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    配分額：3640000円 （ 直接経費：2800000円 、 間接経費：840000円 ）

    オンラインソーシャルネットワークといった、規模や入手性を理由として全体の解析が現実的でないグラフに対して、全体の特徴量を推定するために、グラフサンプリングが行われる。我々は2通りのアプローチで、推定精度の向上を達成した。第一のアプローチは、対象のグラフが複雑ネットワークであることを仮定してその仮定を活用することである。第二のアプローチは、通常のランダムウォークをnon-backtrackingランダムウォークに置き換えることである。後者の手法は、既存手法と比較して、同一のサンプル頂点数を収集するために必要なステップ数を減らし、なおかつ、同一のサンプル頂点数で比較してもより高い精度を達成した。

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  • 100億ノードからなる自律分散システムのシミュレーション手法

    研究課題/領域番号：25700008  2013年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(A)

    首藤 一幸

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    配分額：21190000円 （ 直接経費：16300000円 、 間接経費：4890000円 ）

    インターネット上では1,000万台から成る分散システムが稼働している。インターネット接続機器（IoT）の数は数百億に達しようとしている。にも関わらず、我々が持つ手段で実験可能な規模は数百万ノードにとどまる。そこで我々は、100億ノード規模を扱うことのできるシミュレーション手法を研究した。
    分散データ処理システム、例えばApache HadoopやSparkを用いて、イベント駆動で時刻を正確に取り扱いつつ大規模なシミュレーションを行う手法を考案した。その手法を実装したソフトウェアを用いて、一般的なPC 10台で1億ノードという規模のシミュレーションを達成した。

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  • スケーラブルな広域ルーティング方式

    研究課題/領域番号：24650025  2012年4月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    首藤 一幸

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    配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）

    インターネットに代表される広域ネットワーク向けのスケーラブルなルーティング方式を設計した。従来の方式は、AS数Nとして、各ノードはO(N)の情報を維持管理する必要があった。それに対して、設計した方式ではO(log2 N)で済む。これは、広域ネットワークのルーティングに対して、peer-to-peer、オーバレイネットワークでの考え方を適用したことの結果である。また、シミュレータを開発するとともに、現実のスイッチ／ルータへの実装可能性を検討した。

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  • 数百万ノードからなる自律分散システムの実験環境構成法

    研究課題/領域番号：22680005  2010年 - 2011年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(A)

    首藤 一幸

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    配分額：10920000円 （ 直接経費：8400000円 、 間接経費：2520000円 ）

    今後我々は数百億～兆という規模の分散システムを研究の対象としていかなければならない。これまで、我々研究者が実験可能な分散システムの規模は10万～100万にとどまっていた。本研究ではそれを数百万まで向上させた。成果は、各国の研究者が研究に用いているオープンソースソフトウェアの一部として公開・配布されている。また、汎用分散処理システムの上でシミュレーションを行うという新しいアプローチでの研究を開始した。

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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

    研究課題/領域番号：21800019  2009年 - 2010年

    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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    配分額：2730000円 （ 直接経費：2100000円 、 間接経費：630000円 ）

    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

    研究課題/領域番号：12780245  2000年 - 2001年

    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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    配分額：1600000円 （ 直接経費：1600000円 ）

    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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