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Research on high-performance and high-dimensional numerical linear algebra applying an asynchronous task mechanism on the exascale computing era

Research Project

Project/Area Number 19H04127
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 60100:Computational science-related
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

今村 俊幸  国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, チームリーダー (60361838)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 工藤 周平  国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 特別研究員 (50824421)
廣田 悠輔  福井大学, 学術研究院工学系部門, 助教 (60709765)
鈴木 智博  山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (70235977)
椋木 大地  国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (90742289)
鈴木 厚  大阪大学, サイバーメディアセンター, 招へい准教授 (60284155)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywords高性能数値線形代数 / タスクスケジュール / 高並列処理 / 非同期・条件付・競争的タスク / タスク並列 / データ並列 / スケジューラ / 非同期 / 条件付き・競争的タスクスケジューリング / DAG / 数値計算アルゴリズム / 高並列計算
Outline of Research at the Start

エクサ時代のメニイコア環境下において、システム実行効率を向上するための数値計算アルゴリズムならびにタスク技術周辺を数値線形計算の視点から研究する。将来にわたって持続可能な高性能な数値計算ソフトウェアのための開発フレームワーク実現に注力し、数値線形代数カーネル構築の経験から発想される新たなタスクスケジューリング技術(非同期・条件付き・競争的スケジューリング)を研究する。同技術要件をスケジューラプロトタイプとして試作し、既存数値線形代数ソフトウェアに取り込み高性能化・高並列化を実現する。更にエクサ時代のターゲットなる高次元データ解析向け数値計算ソフトウェアに対しても適用範囲を広げていく。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、研究計画の初年度として本基盤研究が目指す数値計算アルゴリズム由来の難スケジューリングについて調査とプロトタイプ実装による効果と問題点の絞りだしを行った。問題点は今後整理し、スケジューラプロトタイプの主要機能として実装を進める。数値計算アルゴリズム由来のスケジューリング調査について、まず、バッチスケジュール方式を中心とした、内部での細粒度パイプライン処理方式の開発と実問題でのテストを行い、スケジューリング方式の予備調査として中間結果を国際会議に発表している(高次FFTと粗密混合精度行列計算)。非同期ならびに優先度付きスケジューリングについては、本研究の中核をなす新規提案であり十分な予備調査と試験実装が行われた。特に, 既存言語であるOpenMPのtask構文とpriority句などの優先順位付けのアルゴリズムと我々が所望する数値アルゴリズムとの整合性(機能実現性・親和性・表現能力も含めて)研究を実施し国内外の研究会で報告をしている。行列分解アルゴリズムをCPU/GPUハイブリッド環境上に実装し、同実装においてpriority句によるタスクの優先順位付けにより、並列実行可能なタスクを部分的に増加できることが分かったが、その効果はさほど大きくないなどの結果を得ている。既存スケジューラの機能調査として, INRIAが開発をしているStarPUを調査し、 その内部機能や基本性能を確認した。実情は我々がDissectionで構成しているタスクスケジューラよりもオーバーヘッドが大きく定量的に20~30%の性能低下が見込まれれた. さらに既存スケジューラで活用されているDAGの表現能力についても調査し, LDU分解の限られた範囲であるが数値計算アルゴリズムにDAGの記述能力が問題にならないなど、次年度に展開する良好な調査結果を得ることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

スケジューリングに対する調査は順調に進んでいると判断できる。研究計画段階で想定した各種アルゴリズムに対して、必要となるスケジューリング方式の調査、さらに非同期・バッチ方式など既存の処理系で想定されるタスクスケジューラの表現の力や実装系の調査も進んでいる。初年度の調査結果をさらに拡大してスケジューラプロトタイプの設計と機能実装を進めることに大きな問題はない。スケジューリング適用範囲を拡大するための新しい数値計算ソフトウェア(プロトタイプ)の作成も、調査段階からプロトタイプ実装へと進むことができる予定である。進捗が芳しくない点は、成果の公表にあり、令和元年度は2月以降の学会シーズンにコロナウィルス流行による各種学会のキャンセルなどで発表の機会を逸するなどした。平成二年度も同様の状況にあるが、学会等と連携し可能の限りバーチャルセッションでの発表などにより多くの発表へとつなげる予定である。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通り、スケジューリング方式の調査、それを反映させた新しいスケジューリング方式の実現をするための仕様作成、スケジューラプロトタイプの作成、数値計算ソフトウェアへの応用と評価の順に研究を進めていく。現時点で技術的な要因による明らかな研究遅延は起こっていないが、コロナウィルスの影響による学会のキャンセル等の影響で、研究発表の場を失する事態が想定されている。実際、令和元年度は出張そのものの執行が困難であった。2月3月期の後半であったことから、未執行旅費の繰り越し申請に間に合わなかった。別途次年度執行などの予算措置により代替学会・研究会での発表を行うなど対応をとる予定である。さらに、在宅勤務を要請された研究者が本基盤研究の執行が困難にならないように配慮する。具体的にはオンラインでの研究会やクラウドリソースを活用したソフトウェアの効率的な開発を推進する。

Report

(1 results)
  • 2019 Annual Research Report

Research Products

(11 results)

All 2020 2019

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Batched 3D-distributed FFT kernels towards practical DNS codes2020

    • Author(s)
      Toshiyuki Imamura, Masaaki Aoki, Mitsuo Yokokawa
    • Journal Title

      Advances in Parallel Computing

      Volume: 36 Pages: 169-178

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Performance Tuning of Tile Matrix Decomposition2019

    • Author(s)
      Suzuki Tomohiro
    • Journal Title

      Proceedings of IEEE 13th International Symposium on Embedded Multicore/Many-core SoCs (MCSoC-19)

      Volume: -- Pages: 24-31

    • DOI

      10.1109/mcsoc.2019.00011

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ヤコビ回転カーネルを用いたヤコビ固有値計算手法の性能評価2019

    • Author(s)
      工藤 周平, 今村 俊幸
    • Journal Title

      研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)

      Volume: 2019-HPC-170, 35 Pages: 1-8

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Dissection sparse direct solver and parallel task management2020

    • Author(s)
      Atsushi Suzuki
    • Organizer
      HPC Asia 2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Task-parallel algorithms for matrix factorizations2020

    • Author(s)
      Tomohiro Suzuki
    • Organizer
      HPC Asia 2020 (Poster session)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] BLR行列のMBGSアルゴリズムによるQR分解のPython実装とその性能評価2020

    • Author(s)
      板垣翼, 鈴木智博
    • Organizer
      情報処理学会第82回全国大会(オンライン開催)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] CPU-GPU環境におけるブロックQR分解のタスク並列化2020

    • Author(s)
      霜鳥竜輝, 鈴木智博
    • Organizer
      情報処理学会第82回全国大会(オンライン開催)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ヤコビ回転カーネルを用いたヤコビ固有値計算手法の性能評価2019

    • Author(s)
      工藤 周平, 今村 俊幸
    • Organizer
      第170回ハイパフォーマンスコンピューティング研究発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] A level‐3 BLAS like kernel of the Jacobi rotations for the Jacobi's eigenvalue algorithm2019

    • Author(s)
      KUDO Shuhei, IMAMURA Toshiyuki
    • Organizer
      ParNum
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] エクサ時代の非同期タスクを応用した高性能高次元数値線形代数の研究2019

    • Author(s)
      今村 俊幸
    • Organizer
      第11回 自動チューニング技術の現状と応用に関するシンポジウム(ATTA2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 尾崎スキームに基づく高精度かつ再現性のあるBLASルーチンの実装と自動チューニングの適用2019

    • Author(s)
      椋木大地
    • Organizer
      学会等名: 第22回AT研究会オープンアカデミックセッション(ATOS22)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2021-01-27  

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