2018 Fiscal Year Research-status Report
FPGAクラスタにおけるクラスタ内・クラスタ間ネットワークの開発に関する研究
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17K00087
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| Research Institution | Shonan Institute of Technology |
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Principal Investigator |
三浦 康之 湘南工科大学, 工学部, 教授 (40440292)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | システムオンチップ / ハイパフォーマンスコンピューティング / ネットワークオンチップ / FPGA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、FPGAクラスタにおける汎用的なクラスタ内・クラスタ間通信のためのフレームワークの構築、および構築に伴う各種要素技術の開発を目的としている。本研究計画では、Altera FPGAの開発環境の枠組みを用いて、パケット交換方式によるFPGA内のメモリモジュール・外部メモリ・PCIインターフェイス・ボード間インターコネクトなど、ボード間通信を含む様々なモジュール間通信機能を実現するコンポーネントを構築する。一方、FPGAへの実装を想定した、各種効率化手法に関する提案および評価を行う予定としている。上記につき、2017年度は、「Avalon-Streamingインターフェイスを用いた一対一のモジュール間通信機能を実現」「複数のソフトコア・プロセッサが同時に稼働するシステムの試作と実験」を実現した。
2018年度は、昨年度の成果を踏まえて、複数ボードにおける多対多の通信インターフェイスを実現した。具体的には、以下の項目を実現した。
・多対多通信に必要なルータ回路について、Avalon-Streamingインターフェイスの枠組みに即した設計を行い、実装と評価を行った。
・上記に必要なパケットの仕様を策定し、入出力に必要な手順を決定した。
・複数のFPGAボードにまたがる通信インターフェイスとして、GPIOに基づく通信回路を作成して、実験を行い、正常に動作することを確認した。
2018年度は、上記の他に、当該システム上への実装を想定した、相互結合網2Dトーラスの適応ルーティングアルゴリズムに関する研究を行い、論文を執筆した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2018年度前半までに実現予定となっていた「モジュール内あるいはモジュール間の多対多の通信フレームワーク実現」に関して、必要となる要素技術の開発と実現は終了したものの、通信速度が十分ではないため、現時点で実証実験の可能な状況に至っていないのが実情である。この点につき、現在のところDMA転送機能の実装により改善を図ってみたものの、十分な速度が向上が見られなかったため、メモリ配置の変更により対応する予定としている。
一方、種々の効率化手法に関する検討は順調に進展している。本年度は、「パケット通信の経路選択法に関する提案と性能評価」に関して、二本の論文誌掲載を実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、「モジュール内あるいはモジュール間の多対多の通信フレームワーク実現」に関しては、積極的に論文投稿や研究発表を行う予定である。また、本手法の応用例として、「画像処理装置への応用」「ハードウェア・ベースによるNoCシミュレータの実現」を行う予定としている。
あわせて、通信速度の向上を目指す。現状、通信速度が十分なものとならない原因は、メモリアクセスに関する最適化が不十分であることが考えられる。メモリアクセスは、本研究計画の主要論点ではないものの、このままでは実証実験に支障をきたすため、必要な改善を行う必要がある。
また、ボード間にまたがるメモリアクセスを円滑に行うために、複数のFPGAボードにまたがるメモリマップの統合に関するフレーム・ワークの検討を行うこととする。
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| Causes of Carryover |
2019年3月に支出した旅費の決済を4月以降に行った関係上、約10万円の次年度使用額が発生した。また、提案システムの実証実験のために購入予定としていたFPGAボードが生産中止になったことや、計画がやや遅れていることから、2018年度に購入予定としていたFPGAボードの購入を2019年度に回した。
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