Research on high-performance and high-dimensional numerical linear algebra applying an asynchronous task mechanism on the exascale computing era
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19H04127
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60100:Computational science-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
