High performance computing platform by GPU and FPGA

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H03246
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60090:High performance computing-related
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Boku Taisuke 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (90209346)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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) ; 塙 敏博 東京大学, 情報基盤センター, 教授 (30308283) ; 山口 佳樹 筑波大学, システム情報系, 准教授 (30373377) ; 天野 英晴 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60175932)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: FPGA / GPU / 並列FPGAシステム / 任意演算精度計算 / 並列プログラミング

Outline of Final Research Achievements

(1) Implementation of a real application for computational astrophysics, ARGOT, on hybrid computation node with GPU and FPGA to enhance the performance from GPU-only system. (2) Direct and indirect network system implementation on FPGA optical links to construct large scale parallel FPGA systems. (3) Development of several FPGA-oriented high performance parallel applications including 3-D stencil computation and computational fluid dynamics and performance enhancement. (4) Arbitrary precision numerical computation by high level FPGA programming by C++ and its performance enhancement and storage area reduction.

Free Research Field

高性能計算システム、演算加速プログラミング、クラスタコンピューティング

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

演算加速デバイスを用いた高性能計算システムはGPUを中心として開発・利用されてきたが、その問題点を補うためにFPGAを導入する考えは以前より検討されてきた。しかし、実アプリケーションへの適用、ユーザフレンドリーなプログラミング環境の提供、大規模並列FPGAシステムにおける並列通信の最適化・高性能アプリケーション応用、可変精度計算への適用など、実用用に供するための実践的研究の例は極めて少ない。我々の研究成果は、FPGAとGPUの相補的利用を行う実応用プログラムを実現し、並列FPGAに関する各種技術を開発することにより、今後のFPGAによる高性能計算への道筋を明確に示した。