2019 Fiscal Year Annual Research Report
高性能計算に革新をもたらす非ノイマン型FPGAオーバーレイアーキテクチャの創出
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17H01706
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
佐野 健太郎 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 (00323048)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴田 裕一郎 長崎大学, 工学研究科, 教授 (10336183)
滝沢 寛之 東北大学, サイバーサイエンスセンター, 教授 (70323996)
上野 知洋 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 (30794135)
宮島 敬明 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 (90770850)
小柴 篤史 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 (20845771)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | オーバーレイアーキテクチャ / FPGA / 非ノイマン型 / データフロー / 高位合成 / 高性能計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に実施できず延期したFPGAクラスタの試作機構築を行った。また、データフロー(DF)高位合成コンパイラのバックエンドおよびフロトエンド開発、FPGAクラスタのソフト・ハード基盤とFPGAオーバーレイアーキテクチャ(OVA)の開発を継続すると共に、実際に動作するアプリの実装と評価を行った。
最新のFPGAを導入しクラスタ試作機を構築した。前年度設計したソフト・ハード基盤とFPGA OVAをクラスタ試作機に移植し、コンパイラが出力したDFエンジンを組込んで実際に高性能計算が可能なシステムを構築した。FPGA間を繋ぐ通信路に関しては、効率の良い通信を実現するためのフロー制御モジュールを開発し、利用可能とした。また、津波シミュレーションや多体問題計算に対し性能をFPGA数に応じて向上させるパイプライン方式を適用し、FPGAクラスタでの試作実装と性能モデル構築を通じて性能評価を行った。これは、GPU等と比べて低電力なFPGAにより高性能かつスケーラブルな計算が実現できることを実証するものである。
また、複数FPGAを接続するのに必要なクロスバスイッチの機能を動的再構成により実現する手法を提案し、その効果を実験で評価した。さらに、簡潔なメモリ参照記述から高位合成を用いてDMAコントローラを自動合成する手法について、様々な転送負荷により性能を評価し、理論的上限の88%程度の帯域が得られることを確認した。
また、従前は良しとされてきたメモリ参照の局所化は一部のメモリコントローラの負荷を高めて却って性能を低下させる可能性があるが、局所性と負荷分散の両方を考慮したタスク配置手法を提案し、MPIまたはOpenMPによる並列化において性能が向上することを明らかにした。また、タスク依存グラフ中のクリティカルパス上にあるタスクの実行を優先する実行時環境を構築し、性能向上の定量的評価を行った。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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