2021 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。2021年度は、2020年度に引き続きSoCの具体的な設計を進め、延長した2022年度にかけて全ての要素の詳細設計を完了させた。これらには、結合力計算を加速するための演算装置Bond Engine、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イベント処理回路、累積演算機能・セル管理機能を持つメモリ、非結合力計算パイプライン、オンチップネットワーク、これらの間でのデータ移動を行うためのDMAコントローラを含む。Bond Engineは、特殊命令をもつプログラマブルなハイパースレッド対応プロセッサであり、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・粗視化モデル向けの特殊命令をもつスカラプロセッサからなる。イベント処理回路と密接に結合し、ここからのデータと演算指令のインジェクションを受け一連の計算を行い、結果をDMAコントローラ経由で創出する。メモリについては、前世代の設計をベースにChisel言語で書き直し、遅延の削減を行った。非結合力計算パイプラインについても、Chiselで書き直すと共に制御機構についての大幅な見直しを行い、イベント処理回路で駆動されるout-of-order実行を可能とした。このために、レジスタをキャッシュとして再設計した。ネットワークについては、 オンチップネットワークの開発、チップ間のトーラスネットワークの開発を行った。また、FPGAへの実装試行を行った。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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