バイナリレベル複数スレッド化による計算機の高速化に関する研究

• Project/Area Number: 14780186
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 計算機科学
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 大津 金光 宇都宮大学, 工学部, 助手 (00292574)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2004: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2003: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2002: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: バイナリ変換 / マルチスレッド化処理 / 実行時最適化 / 投機実行 / スレッドパイプライニング

Research Abstract

本年度は、研究計画に従い、単一スレッドコードを複数スレッドコードへバイナリレベルで自動変換することでプログラムを高速化するソフトウェア最適化システムのプロトタイプ開発を継続して行なった。システムの開発上必要不可欠な要素技術である、プログラムのバイナリレベルでの詳細解析手法や解析結果を活用した高性能な複数スレッドコード生成手法の両面から開発を進めた。
プログラムのバイナリレベルでの詳細解析手法については、昨年度に「バイナリレベル変数解析手法」の開発を行なっているが、本手法による解析結果を用いて複数スレッドコードを生成する場合に解析内容が実際と合致しているかを実行時に確認する処理が必要となる。本年度はこの実行時チェックコードの効率の良い実装方法について検討を行なった。
高性能な複数スレッドコード生成手法については、スレッド間依存データに着目した手法の検討を行なった。複数スレッド実行において性能を落とす大きな要因はスレッド間の依存、特にスレッド間依存データの存在である。このスレッド間依存データについてその値の予測可能性を調査し、予測しやすいデータ値については値を予測した上で、本来は同期処理を行なう場合においても処理を前もって行なえるようにすることで大幅な高速化を達成する「データ投機実行手法」の検討を継続して行なった。また、予測可能性が高くないデータについては、スレッド間依存とならないように可能な限り同一スレッド内で処理を行なうようにスレッドの分割を考慮する「データ依存に着目したスレッド分割手法」の検討を行なった。それぞれの複数スレッドコード生成手法についてSPEC95およびSPEC2000ベンチマークを対象としてバイナリコード変換を行なった評価を行ない、その有効性について評価を行なった。
本研究に関連して、実行中のプログラムの挙動を正確に把握するために「パスプロファイリング手法」の有効性と問題点の検討を行なった論文"実行時最適化に向けたソフトウェア・パスプロファイリング手法の検討"の電子情報通信学会論文誌(D1)への採録が決定した。また、バイナリレベル変数解析手法における成果を"A Methodology of Binary-Level Variable Analysis for Multithreading"のタイトルで、国際会議"16th IASTED International Conference on Parallel and Distributed Computing and Systems (PDCS 2004)"において発表を行なった。また、昨年度の出願特許「自己最適化演算装置」を"Self-Optimizing Computer System"として米国特許として出願した。

Research Products

• [Journal Article] 実行時最適化に向けたソフトウェア・パスプロファイリング手法の検討 (2005)
  • Author(s): 大津金光, 野中雄一, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌(D1) (採録決定)
  • NAID: 110003203370
• [Journal Article] メタレベル最適化計算機システムYAWARAのシミュレーション環境-PISAをベースとしたVLIWアセンブラの開発- (2005)
  • Author(s): 月川淳, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 6C-6
  • NAID: 170000171064
• [Journal Article] メタレベル最適化計算機システムYAWARAのシミュレーション環境-スレッドエンジンシミュレータの実装- (2005)
  • Author(s): 青木隆行, 古川文人, 月川淳, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 2ZB-1
  • NAID: 170000171100
• [Journal Article] 実行プロファイル情報に基づく命令スケジューリング手法の検討 (2005)
  • Author(s): 岡大輔, 古川文人, 月川淳, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 1ZB-5
  • NAID: 170000171096
• [Journal Article] MediaBenchホットループ並列化のためのパスプロファイリング (2005)
  • Author(s): 増保智久, 道口貴史, 斎藤盛幸, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 5ZB-9
  • NAID: 170000171131
• [Journal Article] バイナリレベル変数解析のための効率的な実行時チェックコードの検討 (2005)
  • Author(s): 豊田貴志, 佐藤智一, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 5ZB-4
  • NAID: 170000171126
• [Journal Article] データ投機型マルチスレッド実行方式のSPEC2000ベンチマークへの適用 (2005)
  • Author(s): 小林崇彦, 三木大輔, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 5ZB-3
  • NAID: 170000171125
• [Journal Article] マルチスレッド化のためのホットループ検出手法の検討 (2005)
  • Author(s): 井場徹, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 5ZB-2
  • NAID: 170000171124
• [Journal Article] マルチスレッドコード向け命令レベル最適化ツールの開発 (2005)
  • Author(s): 阿久津徳寿, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 5ZB-6
  • NAID: 170000171128
• [Journal Article] データ依存関係に着目したスレッド分割方法の検討 (2005)
  • Author(s): 三木大輔, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 5ZB-5
  • NAID: 170000171127
• [Journal Article] 計算グリッド向けフォールトトレラントシステムEagleにおけるメッセージの保存・管理の実装と初期評価 (2005)
  • Author(s): 西塚悦久, 服部晃和, 薬師寺健太, 海老澤一範, 横田隆史, 古川文人, 大津金光, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 2ZB-6
• [Journal Article] 計算グリッド向けフォールトトレラントシステムEagleにおける障害検出系の実装と初期評価 (2005)
  • Author(s): 海老澤一範, 服部晃和, 薬師寺健太, 横田隆史, 大津金光, 古川文人, 馬場敬信, 西塚悦久
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 2ZB-7
  • NAID: 170000171106
• [Journal Article] 計算グリッド向けフォールトトレラントシステムEagleの提案と初期評価 (2004)
  • Author(s): 服部晃和, 薬師寺健太, 横田隆史, 大津金光, 古川文人, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌コンピューティングシステム Vol.45,No.SIG11 Pages: 182-195
  • NAID: 110002712291
• [Journal Article] YAWARA : A Meta-Level Optimizing Computer System (2004)
  • Author(s): T.Baba, T.Yokota, K.Ootsu, F.Furukawa, G.Ishihara, M.Saito
  • Journal Title: Proc.of the Innovative Architecture for Future Generation High-Performance Processors and Systems (IWIA 2004) Pages: 148-153
• [Journal Article] Prediction and Execution Methods of Frequently Executed Two Paths for Speculative Multithreading (2004)
  • Author(s): T.Yokota, M.Saito, F.Furukawa, K.Ootsu, T.Baba
  • Journal Title: Proc.of the Sixteenth IASTED International Conference on Parallel and Distibuted Computing and Systems (PDCS2004) Pages: 796-801
• [Journal Article] Design Considerations of a Meta-Level Optimizing Computer System, Workshop on Reconfigurable Systems for HPC (RHPC) (2004)
  • Author(s): F.Furukawa, M.Saito, G.Ishihara, K.Ootsu, T.Yokota, T.Baba
  • Journal Title: Proc.of the Seventh International Conference on High Performance Computing and Grid in Asia Pacific Region (HPCAsia '04) Pages: 430-431
• [Journal Article] A Methodology of Binary-Level Variable Analysis for Multithreading (2004)
  • Author(s): T.Satou, K.Ootsu, A.Tsukikawa, T.Yokota, T.Baba
  • Journal Title: Proc.of the Sixteenth IASTED International Conference on Parallel and Distibuted Computing and Systems (PDCS 2004) Pages: 784-789
  • NAID: 110002774624
• [Journal Article] Preliminary Research of a Novel Routing Algorithm Cross-Line Using Dynamic Information (2004)
  • Author(s): K.Nishitani, S.Ezura, T.Yokota, K.Ootsu, T.Baba
  • Journal Title: Proc.of the Sixteenth IASTED International Conference on Parallel and Distibuted Computing and Systems (PDCS 2004) Pages: 107-112
  • NAID: 110002774590
• [Journal Article] A Proposal and Preliminary Evaluation of a Novel Fault-tolerant System Eagle for Computational Grids (2004)
  • Author(s): A.Hattori, K.Yakusiji, T.Yokota, K.Ootsu, F.Furukawa, T.Baba
  • Journal Title: Proc.of the Sixteenth IASTED International Conference on Parallel and Distibuted Computing and Systems (PDCS 2004) Pages: 28-33
• [Journal Article] ファイル細分とノード集合化概念を用いたP2Pファイル転送手法の提案 (2004)
  • Author(s): 湯澤孝有, 服部晃和, 横田隆史, 大津金光, 馬場敬信
  • Journal Title: 先進的計算基盤システムシンポジウム SACSIS2004論文集,情報処理学会シンポジウムシリーズ Vol.2004 Pages: 131-132
• [Journal Article] ファイル細分化とノード集合化を用いた巨大ファイル配布用P2Pの提案 (2004)
  • Author(s): 湯澤孝有, 服部晃和, 横田隆史, 大津金光, 馬場敬信
  • Journal Title: 分散システム/インターネット運用技術シンポジウム2004年度論文集 Pages: 93-98
  • NAID: 170000064335
• [Journal Article] 投機的マルチスレッド実行のための限定的2パス予測方式の検討 (2004)
  • Author(s): 斎藤盛幸, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 Vol.2004, No.48 Pages: 7-12
  • NAID: 110002774625
• [Journal Article] マルチスレッド化のためのバイナリレベル変数解析手法 (2004)
  • Author(s): 佐藤智一, 月川淳, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 Vol.2004, No.48 Pages: 1-6
  • NAID: 110002774624
• [Journal Article] メタレベル最適化計算機システムYAWARAのシミュレーション環境-VLIWプロセッサ向け命令スケジューラの実装- (2004)
  • Author(s): 古川文人, 斎藤盛幸, 月川淳, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信
  • Journal Title: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 6C-7
  • NAID: 170000171065
• [Book] Receiving Message Prediction and its Speculative Execution, High Performance Computing : Paradigm and Infrastructure (2005)
  • Author(s): T.Baba, T.Yokota, K.Ootsu, F.Furukawa, Y.Iwamoto
  • Publisher: John Wiley & Sons, Inc.(掲載決定)
• [Patent(Industrial Property Rights)] Self-Optimizing Computer System (2004)
  • Inventor(s): T.Baba, T.Yokota, K.Otsu
  • Industrial Property Rights Holder: National University Corporation Utsunomiya University
  • Filing Date: 2004-12-27
• [Publications] Y.Iwamoto, K.Suga, K.Ootsu, T.Yokota, T.Baba: "Receiving Message Prediction Method"Parallel Computing, Elsevier. Vol.29. 1509-1538 (2003)
• [Publications] M.Saito, G.Ishihara, F.Furukawa, K.Ootsu, T.Yokota, T.Baba: "YAWARA : A Meta-Level Optimizing Computer System"7^<th> International Workshop on Innovative Architecture for Future Generation High-Performance Processors and Systems(IWIA04). (2004)
• [Publications] A.Hattori, F.Furukawa, K.Ootsu, T.Yokota, T.Baba: "Eagle : A Novel Fault-Tolerant System for Large-Scale Computational Grids"3^<rd> IEEE/ACM International Symposium on Cluster Computing and the Grid(CCGrid2003). (2003)
• [Publications] 服部晃和, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "大規模グリッド向けフォールトトレラントシステムEagleの提案"先進的計算基盤システムシンポジウムSACSIS2003論文集. 185-186 (2003)
• [Publications] 加藤文彦, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "間歇的プロファイリングの提案とSPECint95による評価"情報処理学会研究報告. Vol.2003,No.84. 31-36 (2003)
• [Publications] 横田昌之, 佐藤智一, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "バイナリレベルマルチスレッド化への制御投機の導入とそ評価"情報処理学会研究報告. Vol.2003,No.84. 109-114 (2003)
• [Publications] 鈴木圭介, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "投機的コヒーレンス制御機構SCCMの性能解析"情報処理学会研究報告. Vol.2003,No.84. 127-132 (2003)
• [Publications] 西谷雅史, 絵面聡, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "動的な情報を用いたルーティングアルゴリズムCross-Lineの検討"情報処理学会第97回ハイパフォーマンスコンピューティング研究会 合同研究発表会(HOKKE2004). (2004)
• [Publications] 先田裕美子, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "実行サイクル数サンプリングによるマルチスレッド化の適否判定"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 佐藤智一, 三木大輔, 横田昌之, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "バイナリレベルポインタ解析を用いた自動マルチスレッド化"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 高済健吾, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "投機的マルチスレッド処理実行のモデルのSystemCによるモデリング"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 阿久津徳寿, 佐藤智一, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "バイナリレベルマルチスレッド化におけるスレッドコード最適化"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 三田翼, 三木大輔, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "値プロファイルに基づくデータ値予測可能性の検討"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 三木大輔, 三田翼, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "バイナリレベルマルチスレッド化におけるデータ投機の検討"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 絵面聡, 西谷雅史, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "ルーティングアルゴリズム開発のための環境構築とその初期評価"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 薬師寺健太, 服部晃和, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "グリッド環境におけるチェックポインティング手法の検討と初期評価"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 湯澤孝有, 服部晃和, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "ファイル細分型P2Pにおける最適化手法の提案"情報処理学会 第66回全国大会講演論文集. (2004)
• [Publications] 大津金光, 小野喬史, 横田隆史, 馬場敬信: "バイナリレベルマルチスレッド化コード生成手法とその評価"情報処理学会論文誌. Vol.44,No.SIG-1. 70-80 (2003)
• [Publications] K.Ootsu, T.Ono, T.Yokota, T.Baba: "A Methodology of Binary-Level Multithreading and its Preliminary Evaluation"IASTED International Journal of Parallel and Distributed Systems and Networks. (採録決定). (2003)
• [Publications] 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "CC-NUMA型並列計算機ノードのSOC化に関する考察"情報処理学会論文誌. Vol.43,No.8. 2832-2835 (2002)
• [Publications] K.Ootsu, T.Ono, T.Yokota, T.Baba: "Application of Binary-Level Multithreading to the SPEC Benchmark"Proceeding of the Sixth Workshop on Multithreaded Execution, Architecture and Compilation(MTEAC-6). 43-48 (2002)
• [Publications] K.Ootsu, T.Ono, T.Yokota, T.Baba: "A Methodology of Binary-Level Multithreading and its Preliminary Evaluation"Proc. Fourteenth IASTED International Conference on Parallel and Distributed Computing and Systems(PDCS. 797-802 (2002)
• [Publications] F.Furukawa, K.Ootsu, T.Yokota, T.Baba: "Spec-all : Aggressive Read/Write Access Speculation Method for DSM Systems"6th International Workshop on Innovative Architecture for Future Generation High-Performance Processors and. (2003)
• [Publications] 大津金光, 小野喬史, 横田隆史, 馬場敬信: "バイナリ変換によるマルチスレッド化コード生成手法とその評価"並列処理シンポジウム(JSPP2002). 261-268 (2002)
• [Publications] 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "投機的コヒーレンス制御を行うDSMシステムの初期評価"並列処理シンポジウム(JSPP2002). 183-184 (2002)
• [Publications] 野中雄一, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "パスプロファイルによるホットパス検出とオーバーヘッドの評価"情報処理学会研究報告2002-ARC-149. Vol.2002,No.81. 103-108 (2002)
• [Publications] 乗貞由華, 鈴木圭介, 多田野陽介, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "投機的コヒーレンス制御にともなうネットワークトラフィックの評価"情報処理学会研究報告2002-ARC-149. Vol.2002,No.81. 109-114 (2002)
• [Publications] 青木政人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "マルチスレッド化のためのサンプリング情報に基づくホットループ検出"情報処理学会研究報告(HOKKE2003). (発表予定). (2003)
• [Publications] 馬場敬信, 横田隆史, 大津金光: "YAWARA:メタレベル計算原理に基づく柔構造計算機システム-概要-"情報処理学会第65回全国大会6G-1. (2003)
• [Publications] 横田隆史, 大津金光, 馬場敬信: "YAWARA:メタレベル計算原理に基づく柔構造計算機システム-ハードウェア構成-"情報処理学会第65回全国大会6G-2. (2003)
• [Publications] 大津金光, 斉藤盛幸, 高済健吾, 横田隆史, 馬場敬信: "YAWARA:メタレベル計算原理に基づく柔構造計算機システム-ソフトウェア構成-"情報処理学会第65回全国大会6G-3. (2003)
• [Publications] 横田昌之, 安濃隆弘, 佐藤智一, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "バイナリ変換による投機的マルチスレット化方式の検討"情報処理学会第65回全国大会3ZA-1. (2003)
• [Publications] 加藤文彦, 野中雄一, 青木政人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "一時的プロファイルによるホットパス検出法の精度とオーバーヘッドの検討"情報処理学会第65回全国大会5Z-6. (2003)
• [Publications] 高済健吾, 横田隆史, 大津金光, 馬場敬信: "投機的なハードウェア処理を行うシステムのSpecCによる性能評価"情報処理学会第65回全国大会3ZA-3. (2003)
• [Publications] 鈴木圭介, 多田野陽介, 乗貞由華, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "投機的にコヒーレンス制御を行うDSMシステムの性能評価"情報処理学会第65回全国大会3ZA-2. (2003)
• [Publications] 横田隆史, 須賀弘一, 大津金光, 馬場敬信: "動的最適化のためのCPUマイニングの試み"情報処理学会第65回全国大会6G-4. (2003)