FPGAを用いた超高速ハードウェアソーティングアルゴリズムの開発

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K20276
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 小林 諒平 筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (40783709)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: FPGA / ソーティング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，アプリケーションに特化した演算パイプラインとデータ供給機構を実装可能という FPGA の特徴を最大限活用し，ソーティングを 高速に実行するハードウェアアルゴリズムの開発に取り組む．具体的には，FPGA のオンチップメモリベースで実現される仮想的なマージソートツリーを既存研究の高スループットマージソートツリーの部分木に適用した新しいアーキテクチャを提案し，それをソーティングネットワークと組み合わせる．提案手法を実行するプロトタイプシステムをFPGA評価ボードを用いて構築し，ソートするデータ数やデータの分布を変化させた幾つかのソート処理を実行させ，提案手法の演算性能と電力効率を評価する．また，開発したハードウェアソーティングアルゴリズムはVHDLやVerilog HDL等のハードウェア記述言語のレベルで利用するが，OpenCLのようなプログラミング言語で利用できるようにも抽象化されている．それを活用した，実アプリケーションに開発したアルゴリズムを適用した際の全体的な性能向上の実現も本研究では見据えている．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

昨年中には予定通り，提案手法のコンセプトの実装が完了したため，FPGAにマップする際の最適化を終えれば，本研究の実装作業は完了である．2020年では，研究計画に従って最適化作業および性能評価，論文執筆を行う予定であったが，昨今のCOVID-19の影響や所属組織における対応に追われたことによって，研究開始に予定していたエフォートを確保することが非常に困難となり，これらの作業が中断された．これが本研究課題の進捗状況が遅れていると評価する理由である．

Strategy for Future Research Activity

緊急事態宣言も終了し，COVID-19以前の業務形態に僅かであるが戻りつつあり，本研究課題のエフォートも回復しつつある．そのため，2020年度内には研究成果を創出することが可能であると想定しているが，感染第2波の兆候も見受けられる予断を許さない状況なので，今後の状況によってはやむを得ない研究期間の延長も視野に入れて本研究課題を遂行する．

Causes of Carryover

昨今のCOVID-19により，学会の物理開催はいまや全てリモートに置き換わりつつある．そのため，研究計画時に予定していた旅費がそのまま残額となってしまっている状況である．しかし，今後の状況によっては，出張規制が緩和され使用できる可能性もあるため，引き続き旅費用の予算としてプールする予定である．