リコンフィギャラブルシステムに適したプログラミングフレームワークの確立

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19700043
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 柴田 裕一郎 Nagasaki University, 工学部, 准教授 (10336183)
• Keywords: リコンフィギャラブルシステム / FPGA / 最適化

Research Abstract

1 リコンフィギヤラブルマシンにおけるプログミング環境には、DMA転送時間を効果的に隠蔽させるためのテータ配置が自動化されていないという問題があった。そこでTwisted Streaming DMAとよばれる新たな隠蔽手法を提案し、これを実現するための最適なデータ配置を整数計画法によって求めるプログラミング環境を実装した。商用リコンフィギャラブルマシンを用いた実験の結果、ソフトウェア実行に対して最大1.46倍の性能を達成した。また、フロントエンドにSIMT(Single Instruction Multiple Thread)プログラミングモデルを用いた処理系も実装し、このモデルがユーザによる並列アルゴリズムの記述を助けるだけでなく、メモリアクセス最適化などの種々の自動最適化処理を簡易化する効果があることを確認した。
2 リコンフィギャラブルマシンのアプリケーションに含まれる共通のデータパスを自動的に結合し面積効率の良いパイプラインを自動合成する手法を提案した。また、このデータパス共有化が招く性能低下を抑制するために、複数のデータパスを類似のグループに分類する手法を提案し、これらの処理系を実装した。本手法をFPGAを用いた生化学シミュレーションシステムに応用し、適切なグループ化を行えば、本手法を使わない場合に比べて約66%のハードウェア量で同等のシミュレーションを実行でき,その際の性能上のオーバヘッドは約20パーセントであることを明らかにした。
3 これらの成果を電子情報通信学会論文誌、FPL、ReConFigなどの主要国際会議、その他国内の会議、研究会等で積極的に発表した。また成果の一部は情報処理学会の英文論文誌にも投稿中である。

Research Products

• [Journal Article] リコンフィギャラブルマシンにおけるDMA転送とデータ配置の自動最適化手法の検討 (2009)
  • Author(s): 志田さや香、土肥慶亮、柴田裕一郎, ほか
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌 J92-D(12) Pages: 2127-2136
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A Modular Approach to Heterogeneous Biochemical Model Simulation on an FPGA (2009)
  • Author(s): H.Yamada, Y.Osana,, et al.
  • Organizer: International Conference on Reconfigurable Computing and FPGAs
  • Place of Presentation: メキシコ・カンクン
  • Year and Date: 2009-12-10
• [Presentation] FPGAに基づく生化学シミュレータにおける反応速度式の類似性に着目したパイプライン自動構築 (2009)
  • Author(s): 山田英樹, 石森智也, 大屋智範, 柴田裕一郎, 長名保範, 吉見真聡, 西川由理, 天野英晴, 舟橋啓, 広井賀子, 小栗清
  • Organizer: 情報科学技術フォーラム
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2009-09-04
• [Presentation] Configuring Area and Performance : Empirical Evaluation on an FPGA-based Biochemical Simulator (2009)
  • Author(s): T.Ooya, H.Yamada, T.Ishimori, Y.Osana, Y.Shibata, et al.
  • Organizer: International Conference on Field Programmable Logic and Applications
  • Place of Presentation: チェコ・プラハ
  • Year and Date: 2009-09-02
• [Presentation] リコンフィギャラブルシステムにおけるマルチスレッドプログラミングモデルを用いたメモリアクセス最適化手法の一検討 (2009)
  • Author(s): 土肥慶亮, 志田さや香, 柴田裕一郎, 濱田剛, 正田備也, 小栗清
  • Organizer: 電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
  • Place of Presentation: 福井市
  • Year and Date: 2009-05-15
• [Presentation] FPGAを用いた汎用生化学シミュレータにおけるハードウェアモジュール自動生成アルゴリズムの実機評価 (2009)
  • Author(s): 大屋智徳, 山田英樹, 石森智也, 柴田裕一郎, 長名保範, 吉見真聡, 西川由理, 天野英晴, 舟橋啓, 広井賀子, 小栗清
  • Organizer: 電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
  • Place of Presentation: 福井市
  • Year and Date: 2009-05-14