2020 Fiscal Year Annual Research Report
A basic development of the next-generation special-purpose computer system for molecular dynamics simulations
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19H01107
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
泰地 真弘人 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (10242025)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 洋介 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級技師 (00291914)
小山 洋平 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (10569817)
森本 元太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 技師 (60401220)
小松 輝久 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (70348499)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 専用計算機 / 分子動力学計算 / 高性能計算 / コデザイン / システムオンチップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、次世代の分子動力学シミュレーション専用計算機MDGRAPE-5で用いるSystem-on-Chip (SoC)の基礎開発を行うことである。現行世代MDGRAPE-4Aの性能ボトルネックを解析し、さらにハードウェアへのDeep Integrationを進めることでそれらを解消する。2020年度は、SoCの具体的な設計を進めた。特に、結合力計算を加速するための演算装置Bond Engineの基礎設計を進めた。特殊命令をもつプログラマブルなマルチスレッド対応プロセッサを採用することとした。3次元ベクトル処理向けのベクトルプロセッサ、結合力計算向けの特殊命令をもつスカラプロセッサからなるプロセッサを設計している。計画には含めていなかった部分として、粗視化モデルへの対応も検討を進めた。また、結合力に対する補正項であるCMAPの演算について解析を行い、プロセッサ設計に向けた検討を行った。さらに、チップ内でのイベントを監視し、プログラムの流れをデータフロー的に制御するQuick Event Driver(QED)のC++モデルの開発を進めた。ネットワークについては、 チップ間のトーラスネットワークTorus Interconnect Network (TIN)の開発に着手した。Chiselの機能を活用し、パラメタによる変更が容易になるような設計を進めている。また、非結合力パイプラインの書き直しを進めている。ハードウェア記述は全てChisel3言語を用いて進めている。基盤となるライブラリとして、精度可変の浮動小数点演算や特殊関数、ネットワークやメモリ向けの符号化・復号化を含むライブラリRIAL (Riken Arithmetic and Logic Library)の拡張を進めた。
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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
本研究のオリジナルの計画では、「(A) 現在のSoCに存在する性能ボトルネックを解明し、(B)その問題を解決するための設計指針を示し、(C) 優先順位をつけて 詳細設計までを行う」こととしていた。2020年度は、パイプラインや演算部について(C)まで進めている。優先対象としていた以下の項目「①汎用プロセッサ：結合力計算の実行効率が低い。 ②汎用プロセッサ：メッセージ処理が遅く、自動化の必要性がある。③ネットワーク ：分割送信時の到着確認のコストが高く、改良が必要。④ネットワーク： オンチップネットワークとチップ間ネットワークを統合し、 汎用プロセッサから他チップに直接送信可能にする。」については、①はBond Engine、②はQuick Event Driver、③はTorus Interconnect Networkとして開発を進めている。④は現在別プロジェクトでオンチップネットワークの開発を進めており、完成後に転用できる見通しである。その他、粗視化モデルの取り込みについても進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、具体的な設計を行いながら性能評価を行う。長距離力計算部については、再設計に手が付けられていないので、これに着手する。全体をChisel3言語で書き直し、統合する。シミュレータでの評価を行うと共に、FPGA(書き換え可能ゲートアレイ)状に実装を行う。この上で性能評価を行い、研究開発目標を達成する。
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Research Products
(6 results)
