東北大学電気情報系グローバルCOEプログラム(平成19～23年度)
東北大学電気情報系グローバルCOEプログラム(平成19～23年度)

情報エレクトロニクスシステム教育研究拠点
工学研究科、情報科学研究科、電気通信研究所
工学研究科、情報科学研究科、電気通信研究所
事拠点リーダー

安達教授
工学研究科電気・通信工学専攻

業推

進担

当者

川又教授

枝松教授

亀山教授

堀口教授

中沢教授

内田教授

畠山教授

高橋教授

櫛引教授

室田教授

庭野教授

村岡教授

大野教授

長

徳山教授

小林教授

澤谷教授

羽生教授

加藤教授

鈴木教授

田中教授

青木教授

プログラム概要

教授

情報
通
信
技術
（IT）

個人認証

3次元知覚情報処理(在宅検診など)

次世代
情報家電

Cグループ
知能情報システム

東北大学電気情報系は情報エレクトロ高安全
ニクスシステムの世界的な教育研究拠点
知能自動車です。およそ150名に及ぶ教育研究者がBグループ
無線伝送
バックボーン
分散無線～1Gbps
光ネットワーク
ネットワーク連携して､学部学生および大学院学生のネットワーク
1-10Tbps～1Gbps
教育研究を行っています。
平成14年度から５年間は文部科学省
ナ
２１世紀ＣＯＥ（Center of Excellence）
ノ
Aグループ
拠点に採択され､多くの大学院後期課程 テク
情報・デバイスノ
基礎
学生が経済的な支援を受け、高度な教育 ロジ｜を受けるとともにすばらしい研究を行う
超高精細（NT）
半導体
ローカルストレージ
超高速・パノラマビジョン
3-5TB
低消費電力VLSI スピントロニクス
ことができました。
NT・IT 融合教育研究センター
教育ν-Q I スクール

RA
グループ
研究制度

ランキング付
研究支援金
給付

学生が企画運営する
国際会議

スーパーインターン
シップ

世界的若手研究者の人材育成

研究
教育と研究
は人材育成の両輪

NT・
NT・IT 融合

知能情報システム

ネットワーク情報・デバイス基礎

世界最高水準の研究開発

情報エレクトロニクスの独創的研究と3部局（工学研究科・情報科学研究科・電気通信研究所）一体となった教育実績

NT
NT・・IT
IT分
分
野野のの研研究
究連携
連携
実実践
践教教
育
育とと基基盤
盤ととななるる講講義の提供
義の提供
幅広い知
幅広い知
識
識とと視視野野の修得の修得

引き続き、平成19年度からは文部科学省グローバルＣＯＥ拠点に採択され、ＮＴ・ＩＴ融合教育研究センターのもとで、工学研究科・情報科学研究科・電気通信研究所の３部局が連携して大学院教育の実質化と国際化に重点を置いた教育研究を展開しています。独創的科学技術の創出と、複眼的視点をもち国際性豊かで基礎からシステム応用に至る幅広い分野で国際的な活躍ができる若手研究者の育成を目指しています。

（研究） 人間性豊かなコミュニケーションを（教育） 教育と研究は大学での人材育成の両輪可能とするグローバルネットワークの構築をです。独創的研究を通した教育により世界をリー目指して、光・無線ネットワークの研究を 重ドする人材を育成できます。経済的な支援を行い、点に、情報通信デバイスと基礎理論、ヒュー研究に専念できる環境を整え、挑戦的で学際的なマンオリエンテッドな知的情報通信や、環境研究課題に取り組む強い精神力と能力を有するの自律認識・予測に基づく知的情報システ
創造性豊かな以下のような人材育成を目指してムの開発を目指しています。
います。
（１）学術ならびに産業の幅広い分野に対する深い理解力をもつ人材（２）国際的に活躍し、研究開発のリーダーシップを発揮できる人材（３）実学を重視し、独創的学術分野や新産業を創出する能力をもつ人材
上記の３点の具体的な教育研究システムとして、νーＱＩスクールを設立しました。これは、おもに博士後期課程学生とポスドク等の若手研究者の教育と研究支援をおこなうとともに、国内外での武者修業（Errantry） 的なトレーニングを基本とした“エラントリ教育”を集中的に実施する教育研究支援組織です。

グローバルＣＯＥ企画室

www.ecei.tohoku.ac.jp/gcoe/

統一テーマ：

臨場感溢れるコミュニケーションの実現
グローバルネットワーク
zスピントロニクス
zＩＶ半導体原子制御
zグリーンデバイスの創製
z量子情報通信技術
zスピンナノ構造体の創製
zフラーレン・カーボンナノ
チューブの応用
z垂直磁気記録
zＨＤＤ型強誘電体記録
z３Ｄディスプレイ
zロジック・イン・メモリ
zＬＰＤＣデコーダー
z超精密超音波計測技術

13.9 μm

Stereo Vision VLSI

Outputgenerator
insense amplifier

SUMTCAM
cell

Ref.
cell

Dynamic
current
comparator
insense amplifier

CARRY

3.0 μm10.7 μm※ 0.18 μm CMOS/TMR プロセスでの試作※ 0.14 μm CMOS/TMR プロセスでの試作

量子情報通信に向けてPath Planning VLSIIntelligent Computing, VLSI Architecture
Reconfigurable/Universal VLSI,
System Integration
Reconfigurable VLSIProbabilistic
Inference VLSI

マスク検索機能付き
連想メモリセル

9.8 μm15.5 μm

不揮発性記憶機能付き
全加算器

z現在の認識能力や性能・消費電力と比較して１桁以上優れる、ヒューマンオリエ
ンテッドな知的情報通信
z環境の自律認識・予測にもとづくリアルワールド応用などの知能情報システム
z確立的計算モデルの信号処理への応用
zアルゴリズム理論のシステ
ムへの応用
z仮想３次元シアター
z生体認証
z生体情報の可視化
zソフトウェアの高信頼化
zサイドチャンネル情報の解析・評価と暗号処理ＬＳＩ
への応用

Human-Centered Intelligent Systems Integrationz光・無線技術と分散アンテナ
ネットワーク技術
z光コヒーレント技術、並びにセキュアネットワークアーキ
テクチャと通信プロトコルz超高速光・無線信号処理技術
z光伝送速度：多値伝送によるＴＤＭ/ＷＤＭ方式で1～10Tbps（無線と光の融合）
z移動無線伝送速度：
スループット100 M～1Gbps（周波数等化等）
z高速無線通信用多機能アンテナ
z４Ｋディジタルシネマ

CTPhoto臨場感あふれる音空間コミュニケーションの実現を目指して

光ファイバや光導波路媒質において、単一光子レベルの光によって誘起される光学非線形性の測定に世界で初めて成功した。また、光の偏光のコヒーレンスを、半導体電子スピンに転写、検出することに世界で初めて成功した。これらは、光子を用いた量子情報通信技術の基本となる重要な成果である。

次世代高臨場感コミュニケーションの実現に向け、3D空間情報
次世代高臨場感コミュニケーションの実現に向け、3D空間情報を含む音響情報の高精度センシングと、その提示する技術の開を含む音響情報の高精度センシングと、その提示する技術の開発に取り組んでいる(WESPAC発に取り組んでいる(WESPAC2009
2009招待講演)。さらに、取得招待講演)。さらに、取得
音響情報の属性値を高精細に抽出し、それらの属性値ごとに自音響情報の属性値を高精細に抽出し、それらの属性値ごとに自由に編集・提示可能なエディタブルオーディオシステムの開発を由に編集・提示可能なエディタブルオーディオシステムの開発を行っている。超解像映像技術と融合された超多チャネル音信号行っている。超解像映像技術と融合された超多チャネル音信号処理技術、高精度音空間提示技術の深化がそれを可能とする。
処理技術、高精度音空間提示技術の深化がそれを可能とする。

Bloch sphere−

最近の研究成果

−i+i

量子もつれ

Bx+

半導体

Recording Room

100

Time(-30150ps)

200cti
onpro
je50

Del
ay

φ XPM

新たな学術的知見30150-15xis

光子AYaction (μ rad)Z-axis proje

100806040200-20-40-60-80-100 0

Nature (2004), Phys. Rev. Lett. (2007)

Signal processing

偏光→電子スピン量子状態転写とその測定技術を開発

単一光子レベルの光学非線形性の測定に成功
Nature Photonics (2009)

Phys. Rev. Lett. (2007), Nature (2009)

スピントロニクスの開拓

超高速・大容量光通信の実現

新機能スピントロニクス・デバイスの開拓の分野で、電界印加による純粋に電気的な磁化方向の制御に世界で初めて成功し、現在の半導体デバイスと相性のよい新機能・低消費電力不揮発性磁気メモリ応用への新たな道を拓いた。
スピントロニクスとは?

進行中の研究(GCOEの成果)
電気的手法による新しい磁化方向制御技術

情報技術を支える電子の特性
スピン電荷磁性体

半導体

磁石

絶縁体

金属

¾¾光の位相を利用した1光の位相を利用した1Gsymbol/s×6波,Gsymbol/s×6波,64QAM(Quadrature
64QAM(QuadratureAmplitude
AmplitudeModulation)Modulation)コヒー
コヒー
レント多値光伝送に世界で初めて成功。8.6
レント多値光伝送に世界で初めて成功。8.6bit/s/Hzの極めて高い周波数利用効率を達成
bit/s/Hzの極めて高い周波数利用効率を達成¾¾ヨーロッパ光通信国際会議(ECOC2008)、米国光通信国際会議(OFC2009)において招待講演
ヨーロッパ光通信国際会議(ECOC2008)、米国光通信国際会議(OFC2009)において招待講演
高密度コヒーレントQAM光伝送

64 QAM周波数多重コヒーレント光伝送実験
伝送容量 72 Gbit/s
信号帯域 8.4 GHz
Ir sin( 2π fc t + θ )直交位相(Q)

スピン

電荷0000磁化方向の電界制御:
電界印加により磁化方向が回転する

Nature2008

仕切り線と用紙下端との距離は8cm
仕切り線と用紙下端との距離は8cm成果発表
・ Nature 2008
・ 国際会議招待講演 (20件、2008年度)
・ 新聞報道 (河北新報、日経産業新聞、日刊工業新聞など)

1.2

1.4 GHz・周波数帯域の有効利用、低消費電力化

スピンと電荷の両方を利用するエレクトロニクス

低消費電力不揮発性デバイスの基盤技術

グローバルＣＯＥ企画室

3． 聴覚ディスプレイ高度化のための頭部伝達関数の詳細解析(Acoustics 2008, AES 2009)

位相限定相関法を用いた高精度バイオメトリクス認証
ピクセル分解能の壁を越える超高精度画像マッチング技術である「位相限定相関法」を、虹彩および掌紋を用いたバイオメトリクス認証へ応用し、世界最高水準の認証性能を達成した。また、同技術を、歯科エックス線画像照合に基づく個人識別へ適用するとともに、大規模災害・事故発生時の身元確認支援システムを初めて提案し、内外から注目された。

Q・光の位相を利用することにより、無線の先端技術(QAM, OFDM)を取り入れた新たなコヒーレント光通信分野を構築（光と無線の融合）
・シャノンリミットに迫る光通信の極限化技術の実現

材料・機能の開発

Sound field properties
・Source positions
・Source signals
・Source directivities
・Reflected sounds

1．音空間情報から音源情報の属性値を抽出，編集，提示する
エディタブルオーディオの開発 (Acoust. Sci. & Tech. 2007, FIT 2009)

Power [a.u.]

Kerr
媒質

Signal
Processing

2．超多チャネルマイクロホンアレイを用いた音空間収録・提示システム (ISUC 2008)

半導体を用いた量子もつれ光子の生成に成功

光子B

MRI

0100

1100

1000

0001

0101

1101

0011

0111

1111

1011

0010

0110

1110

1010

位相限定相関関数

虹彩認証

10.8

掌紋認証

0.6
0.4
0.2

直交位相(Q)

0fc を無線周波数から光周波数へ-10I symbol+1-6-4-202

46Offset frequency [GHz]

1001r
θ

0

同位相(I)

16 (=24)QAM信号
1シンボルで4ビットを表現

1

同位相(I)-1

従来のOOK信号
パルスのある・なし(1ビット伝送)

0
Q symbol+1

周波数利用効率= 72 Gbit/s = 8.6 bit/s/Hz
8.4 GHz

64 QAM信号のコンステレーション・アイパターン（左）ならびに6波FDM信号のスペクトル（右）歯科エックス線画像照合による災害時身元確認支援

www.ecei.tohoku.ac.jp/gcoe/