2020 Fiscal Year Research-status Report

大規模グラフ並列処理プログラムのプログラム合成・変換手法に基づく開発手法の確立

Research Project

Project/Area Number	19K11901
Research Institution	The University of Electro-Communications
Principal Investigator	岩崎英哉電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90203372)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	江本健斗九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (00587470)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	大規模グラフ並列処理 / 頂点主体計算 / 部分グラフ主体計算 / プログラム運算
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，大規模グラフ並列分散処理を行うプログラムを効率的に開発し，かつ，そのプログラムに適した実行モデルに基づく効率的なプログラム実行を可能とするプログラム開発手法を確立することを目的とする．そのため，(1) 同期的な頂点主体計算から発展したモデルの構築と効果の立証，(2) 頂点主体プログラムからの別モデルのプログラムのプログラム変換・合成を利用した導出，の達成を目指している．その際必要に応じて，並列分散実行基盤の拡張や新規開発，プログラム導出の定理証明支援系による検証も視野に入れる． 2020年度の成果は，次の通りである． (1) 頂点主体計算，ブロック主体計算のいくつかのバリエーションを用い，性質の異なる大規模グラフ (道路網，ソーシャルネットワークグラフ) に対して，性質の異なるいくつかのアプリケーション(単一始点最短路問題，ページランク) のプログラムを実行する実験を行い，処理時間等にどのような違いがあるかを考察した．その結果，頂点主体，ブロック主体等のどのような処理方式が適切かは，グラフの形状や性質，さらに，アプリケーションの性質に大きく依存することが確められた． (2) グラフ計算を，その計算内容に応じてブロック主体計算と頂点主体計算とに切り替えて実行する枠組の構築を目指し，頂点主体計算よりも抽象度が高く頂点部分集合等を直接扱えるグラフ計算記述言語から，ブロック主体計算と頂点主体計算の両方に対応した効率的な基盤システムである Blogel へのコンパイル手法の開発に取り組んだ．今年度はまず，頂点主体計算への愚直なコンパイルと，スーパーステップ削減に関する多少の最適化の実現を行い，ランダム生成した大規模グラフ等に対し，Fregel を介したコンパイルよりも手書きコードに近い性能のコード生成が可能であることが確認された．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 新型コロナウィルスの蔓延により，大学現場では登学制限がかけられたのに加え，どのように講義を行っていくのか大きく混乱していた．さらに，オンライン講義資料の準備に終われたこと，対面による研究打ち合わせができず研究の推進に支障をきたしたことなどから，研究を円滑に進めることが難しかった．その結果，当初予定していた，頂点主体計算とブロック主体計算，さらには，同期的実行と非同期的実行をサポートする共通の基盤となる大規模グラフ並列処理フレームワークの構築の進行が遅れることとなった．以上より「やや遅れている」と判断した．
Strategy for Future Research Activity	研究の遅れを取り戻すべく，グラフ処理モデルとしては頂点主体と部分グラフ主体，並列実行方式としては同期的実行と非同期的実行に焦点を絞り，2021年度は以下の課題を中心に取り組む． (1) 既存の大規模グラフ並列処理基盤である Blogel を拡張することにより，「進捗状況」の項で述べた共通の基盤の実現を急ぐ． (2) 頂点主体計算よりも抽象度が高く頂点部分集合等を直接扱えるグラフ計算記述言語からBlogelプログラムへのコンパイラの完成を目指す．(1) で述べた共通基盤の実装完了後，これに対応するようにコンパイラを拡張する．研究が円滑に進むよう，大学院学生等の力も最大限に活用していく．