2018 Fiscal Year Annual Research Report
Highly parallel computing with many corallum mimic architecture
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17H01707
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
山口 佳樹 筑波大学, システム情報系, 准教授 (30373377)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | FPGA / メニーコア / マルチFPGA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、提案するメニーコアアーキテクチャを高効率に動作させるため、高次元でのメニーコアトポロジーをFPGAの2次元に射影する方法として、FPGA内部の配線長（バイパス配線）の違いを考慮したパイル型メニーコアアーキテクチャについて提案を行った。その結果、二次元（16×16）、三次元（8×8×4）、四次元（4×4×4×4）の構成について、効率の良い実装をした。倍精度小数点演算を対象とした場合、XILINX社製Ultrascale+ Virtex XCVU13P FPGAにおいて、標準コア方式で92GFLOPS、倍精度演算特化型方式で350GFLOPS超の性能を実現することが確認された。このとき、FPGAの動作周波数はわずか180MHzであり、消費電力に対する演算性能という点で見たとき、より大きな性能向上が望めることが分かった。
また、マルチFPGA環境を想定し、FPGAの持つ高速シリアルIOを用いて使用FPGA数に線形な速度向上を実現するインターフェースおよび通信機構についても着手した。提案する加速機構は、CPUやGPUに付加する形でも、また独立にも動作するように設計されている。このため、前者ではPCIe、後者では100Gbpsの光通信での接続が考えられる。これら両者についてそれぞれXILINX社製Ultrascale+ Virtex XCVU9P FPGAにおいて対向実験を行っている。加えて、パケットのカプセル化により、異なる通信（PCIeと光通信）を同一にみなして通信するスイッチングについても検証を進めており、本研究の継続によりマルチFPGA環境においても高効率に動作するメニーコアフレームワークについて提案できると考えている。
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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
当初の予定では、コア間ネットワークアーキテクチャ、階層メモリ構造およびその接続方式、マスターコントローラなどの開発を予定していた。しかし、演算コアの性能が想定よりも低く、またメニーコア化した際に理論性能と実性能の乖離が大きくなることが推定されたため、基本演算コアの命令セットアーキテクチャの見直しを余儀なくされた。当初のコアから大幅な変更を加えたため工程の大幅な遅れを想定したが、期間内にほとんどの実装を終え評価に至ったことは大きな進展である。また、それを拡張した複数FPGAでの高効率なメニーコアシステムに関して、連続的に研究を進めることができていることも進展である。階層メモリ構造とそこに最適なメモリのサイズ（FPGA内部メモリのより高効率での利用可能性と物理的配置を考慮した論理構造の提案）については、実アプリケーションを通して評価を行っていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
FPGA内部のメニーコアアーキテクチャおよびマルチFPGAでの利用について一定の評価が得られたため、これを利用した実アプリケーションでの性能評価について行っていく。また、ストレージを含む他のインターフェースとの接続などについても検討を行い、提案するメニーコアアーキテクチャの有効性や革新性について検討を進めていく。
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[Book] Principles and Structures of FPGAs2018
Author(s)
Hideharu Amano, Toshinori Sueyoshi, Masahiro Iida, Motoki Amagasaki, Yuichiro Shibata, Tomonori Izumi, Yukio Mitsuyama, Kentaro Sano, Hiroki Nakahara, Tsutomu Maruyama, Yoshiki Yamaguchi, Yasunori Osana, Masato Motomura, Masanori Hariyama, Minoru Watanabe,
Total Pages
231
Publisher
Springer, Singapore
ISBN
978-981-13-0824-6
