Co-design of hardware and software to accelerate a numerical integration with high precision.

• Project/Area Number: 15H03602
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Computational science
• Research Institution: Hitotsubashi University
• Principal Investigator: DAISAKA HIROSHI 一橋大学, 大学院商学研究科, 教授 (80399295)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 湯浅 富久子 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 計算科学センター, 准教授 (00203943) ; 中里 直人 会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (00392051) ; 似鳥 啓吾 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究員 (80600824) ; 石川 正 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 計算科学センター, 准教授 (90184481)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥14,950,000 (Direct Cost: ¥11,500,000、Indirect Cost: ¥3,450,000); Fiscal Year 2017: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2016: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2015: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 多倍長精度演算 / アクセラレータ / FPGA / ファインマンループ図形演算 / エルミート積分 / ファインンマンループ図形積分 / 高次エルミート積分法 / ファインマンループ図形積分

Outline of Final Research Achievements

We developed a dedicated system to accelerate numerical integrations with multi precision operations. We designed a processor enabling 4/6/8 precision operations and implemented it on a Field-programmable gate array. We also constructed a software library with OpenCL which supports a calculation with high precision. This library enables us to perform a calculation with high precision at high speed on GPUs. Both can be utilized uniformly by our developed compiler system. Applying to our applications, we demonstrated a validity of our system.

Research Products

• [Journal Article] A development of an accelerator board dedicated for multi-precision arithmetic operations and its application to Feynman loop integrals II (2018)
  • Author(s): H Daisaka, N Nakasato, T Ishikawa, F Yuasa, K Nitadori
  • Journal Title: proceedings of the 18th International Workshop on Advanced Computing and Analysis Techniques in Physics Research (ACAT 2017) Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 多倍長精度積分計算を加速させる専用システムGRAPE9-MPXの開発とその応用 (2017)
  • Author(s): 台坂 博, 中里 直人, 石川 正, 湯浅 富久子, 似烏 啓吾
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 Volume: 178 Pages: 13-18
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 小型FPGAスパコンの勘どころ (2017)
  • Author(s): 台坂 博, 中里 直人, 石川 正
  • Journal Title: インターフェース Volume: 357 Pages: 139-141
• [Journal Article] Application of GRAPE9-MPX for high precision calculation in particle physics and performance results (2015)
  • Author(s): Hiroshi Daisaka, Naohito Nakasato, Tadashi Ishikawa, Fukuko Yuasa
  • Journal Title: Precedia Computer Science Volume: 51 Pages: 1323-1332
  • DOI: 10.1016/j.procs.2015.05.317
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ファインマン積分の数値計算法：DCMによる電弱高次補正計算 (2018)
  • Author(s): 湯浅富久子, 加藤潔, 石川正, 台坂博, 中里直人, Elise de Doncker
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] ファインマン積分の数値計算法：GRAPE9-MPXとPEZY-SCよる多倍長精度計算の高速化とアプリケーション (2018)
  • Author(s): 台坂博, 中里直人, 石川正, 湯浅富久子, 加藤潔, 似鳥啓吾
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] ファインマン積分の数値計算法:特異性と変数変換の最適化 (2017)
  • Author(s): 台坂博, 中里直人, 石川正, 湯浅富久子, 加藤潔, 似鳥啓吾
  • Organizer: 日本物理学会2017年春季大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] ファインマン積分の数値計算法:1-loop 4点テンソル積分の自動計算 (2017)
  • Author(s): 湯浅富久子, 石川正, 加藤潔, 台坂博, 中里直人
  • Organizer: 日本物理学会2017年春季大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 多倍長精度積分計算を加速させる専用システムGRAPE9-MPXの開発とその応用 (2017)
  • Author(s): 台坂 博, 中里直人, 石川 正, 湯浅富久子, 似鳥啓吾
  • Organizer: リコンフィギャラブルシステム研究会
  • Place of Presentation: 慶応大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-01-23
• [Presentation] A development of an accelerator board dedicated for multi-precision arithmetic operations and its application to Feynman loop integrals II (2017)
  • Author(s): Hiroshi DAISAKA, Naohito NAKASATO, Tadashi ISHIKAWA, Fukuko YUASA, Keigo NITADORI
  • Organizer: 18th International Workshop on Advanced Computing and Analysis Techniques in Physics Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メニーコアプロセッサによる多倍長精度数値積分の性能評価 (2017)
  • Author(s): 中里 直人, 台坂 博, 石川 正, 湯浅 冨久子, 似鳥 啓吾
  • Organizer: 日本応用数理学会2017年度年会
• [Presentation] Newton重力の高階微分を用いた高次Hermite積分法 (2017)
  • Author(s): 似鳥 啓吾, 台坂 博, 中里 直人
  • Organizer: 日本応用数理学会2017年度年会
• [Presentation] 多倍長精度専用計算機の開発 (2016)
  • Author(s): 台坂博
  • Organizer: JACORN
  • Place of Presentation: 東山温泉(福島県会津若松市)
  • Year and Date: 2016-11-04
• [Presentation] 素粒子反応の自動計算にむけて：1-loop 4点テンソル積分の完全数値的な取り扱い (2016)
  • Author(s): 湯浅富久子, 石川正, 加藤潔, 台坂博, 中里直人
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学(宮崎県宮崎市)
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] 素粒子反応の自動計算にむけて：多倍長精度計算システムによる2-loop 4点積分の計算 (2016)
  • Author(s): 台坂博, 中里直人, 石川正, 湯浅富久子, 加藤潔, 似鳥啓吾
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学(宮崎県宮崎市)
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] 多倍長精度積分計算を加速させる専用システムの開発とその応用Ⅱ (2016)
  • Author(s): 台坂博, 中里直人, 石川正, 湯浅富久子, 似鳥啓吾
  • Organizer: 日本応用数理学会2016年度年会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(福岡県北九州市)
  • Year and Date: 2016-09-12
• [Presentation] GRAPE9-MPXによるファインマン・ループ積分の計算：任意の質量をもつ 2-loop 4点積分 (2016)
  • Author(s): 台坂博，中里直人，石川正，湯浅富久子，似鳥啓吾
  • Organizer: 日本物理学会2016年春季大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] GRAPE9-MPX によるファインマン・ループ積分の計算：機能拡張とその性能評価 (2015)
  • Author(s): 台坂博，中里直人，石川正，湯浅富久子，似鳥啓吾
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学(大阪府大阪市)
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] 完全数値的手法によるマルチループ積分の計算手法 (2015)
  • Author(s): 湯浅富久子，石川正，加藤潔，台坂博，中里直人
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学(大阪府大阪市)
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] 多倍長精度積分計算を加速させる専用システムの開発とその応用 (2015)
  • Author(s): 台坂博, 中里直人, 石川正, 湯浅富久子, 似鳥啓吾
  • Organizer: 日本応用数理学会2015年度年会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Application of GRAPE9-MPX for high precision calculation in particle physics and performance results (2015)
  • Author(s): Hiroshi Daisaka, Naohito Nakasato, Tadashi Ishikawa, Fukuko Yuasa
  • Organizer: INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTATIONAL SCIENCE Conference
  • Place of Presentation: Reykjavik, Iceland
  • Year and Date: 2015-06-01
  • Int'l Joint Research