2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K00144
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| Research Institution | National Institute of Informatics |
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Principal Investigator |
藤原 一毅 国立情報学研究所, アーキテクチャ科学研究系, 特任准教授 (90648023)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、次世代のスーパーコンピュータにおいてノード間の通信遅延を理論的下限に到達させることを目指し、それを実現する高効率なネットワーク構成法（トポロジ）を追究している。ネットワークトポロジはグラフとしてモデル化され、グラフの直径が小さいほど通信遅延も小さくなる。本研究では、(1)単方向リンクに基づく超低遅延ネットワークトポロジの提案、および(2)グラフ探索による小直径トポロジの発見、という2つのアプローチで通信遅延の理論的下限に迫りつつある。
1. 単方向リンクの利用
任意のノード数・次数（ポート数）で直径の小さい有向グラフの作り方が知られている。この有向グラフをネットワークトポロジとして利用するために、単方向リンクを用いたネットワーク構成法を提案し、その上で実行されるアプリケーション性能をシミュレーションで評価した。この成果は現在、国際会議に投稿中である。
2. グラフ探索による直径削減
与えられたノード数・次数で直径の小さい無向グラフを探す問題はOrder/Degree問題と呼ばれるが、その効率的な解法については研究が進んでいなかった。これに対し我々は、小直径グラフ探索コンペ「Graph Golf」を開催し、直径の小さいグラフとその構成法を広く一般から募集した。究極の目標は、あらゆる頂点数・次数の組合せに対し最小の直径・平均距離をもつグラフのカタログを作り、相互結合網の設計者に提供することである。2015年のコンペには284件の有効投稿があり、優れた解の作者3チーム7名を国際会議CANDAR'15で表彰した。本コンペは次年度以降も継続的に実施する予定である。このほか、実装上の制約を逆手に取り、マシンルーム内のラック配置とケーブル長の上限を考慮したトポロジ最適化手法を提案した。この成果は平成28年度の国際会議に採録された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
1. 単方向リンクの利用
当初の研究計画ではルーティングが困難になることが予想されたが、詳細な検討の結果、既存のルーティング手法を用いてもシミュレーションによる性能評価は可能であることが明らかになった。また、単方向リンクの利用よりもグラフ探索による直径削減の方が技術的に有望であることもわかった。そのため、単方向リンクを用いるアプローチに関してはシミュレーション評価結果の論文投稿をもって一旦完結し、後述のグラフ探索による直径削減に注力することとした。
2. グラフ探索による直径削減
当初の研究計画では我々の手で小直径グラフ探索手法を開発する予定だったが、それだけではアイディアの幅が限られると考え、これをOrder/Degree問題として再定義し、オープンサイエンスの俎上に載せる方針に転換した。この新方針に基づき、前述の小直径グラフ探索コンペ「Graph Golf」を開催したところ、予想を上回る多分野の参加者から多様なアイディアを得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラフ探索による直径削減の面で予想以上の成果を得たことから、次年度以降はこのアプローチに重点を置いて研究を進める。
1. 第2回「Graph Golf」の開催: 「Graph Golf」は、超低遅延ネットワーク設計に役立つグラフ構成アルゴリズムを広く集めることができ、研究全体を加速・深度化する効果が高かったことから、平成28年度も引き続き開催する。
2. グラフデータベース「Graph Bank」の創設: 「Graph Golf」ではOrder/Degree問題の解を収集したが、この他にも、工学的に有用であっても理論的研究例がないグラフ問題が存在する。このような知の空隙を埋めるため、さまざまなグラフを網羅的に蓄積し、性質や特徴量を用いて有用なグラフを検索できるサービスとして「Graph Bank」を創設することとした。2015年度「Graph Golf」優勝チームの協力を得て、Order/Degree問題の解のデータベース化を手始めに、幅広い分野の研究者や実務家が活用するグラフのコーパスとして世界で唯一の存在になることを目指す。これにより、本研究を通じて得られた知見を幅広い分野の理論家・実務家に提供するだけでなく、本研究の終了後も知的基盤として存続するものである。
3. 長さ制限付き格子グラフの最適化手法の開発: マシンルーム内のラック配置とケーブル長の上限を考慮したトポロジ最適化手法を提案し、国際会議に採録された。この手法をさらに洗練し、ジャーナル論文として投稿する予定である。
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| Causes of Carryover |
単方向リンクの利用に関する研究を一旦完結させたこと、同研究の国際会議発表がなかったこと、および「Graph Golf」開催にともなう経費がほどんどかからなかったことによる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
「Graph Bank」創設にかかる人件費およびシステム開発費として使用する。
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[Presentation] ランダムトポロジの生成アルゴリズムの改良2015
Author(s)
高藤大介, 藤田聡, 中野浩嗣, 藤原一毅, 鯉渕道紘
Organizer
2015年並列／分散／協調処理に関する『別府』サマー・ワークショップ (SWoPP別府2015)
Place of Presentation
ビーコンプラザ 別府国際コンベンションセンター（大分県別府市）
Year and Date
2015-08-06 – 2015-08-06
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