2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Scalable Computers and their System Software for Post-Moore Era
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20H00593
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
佐野 健太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, チームリーダー (00323048)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
滝沢 寛之 東北大学, サイバーサイエンスセンター, 教授 (70323996)
谷川 一哉 広島市立大学, 情報科学研究科, 講師 (80382373)
柴田 裕一郎 長崎大学, 情報データ科学部, 教授 (10336183)
上野 知洋 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 特別研究員 (30794135)
宮島 敬明 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 特別研究員 (90770850)
小柴 篤史 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 特別研究員 (20845771) [Withdrawn]
佐藤 三久 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 副センター長 (60333481)
Lee Jinpil 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (30764873)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | データフロー計算モデル / 布線論理型 / 計算機アーキテクチャ / システムソフトウェア / FPGA / SYCL |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポストムーア時代に適したスケーラブルデータフロー（SDF）システムの構築を目指し、布線論理型データフロー計算モデル、プログラミングモデル、システムソフト、アプリの調査検討や基本設計を行った。分担者の異動に伴いプログラミングモデルとシステムソフトを統合したPROGSYS、計算機構とモデルのCOMP、アプリのAPPの3グループ体制で研究を実施した。
COMPでは、「SDF計算モデルとそのアーキテクチャ」を検討すると共にその試作実証環境であるFPGAクラスタの整備を行った。特に、FPGAでSDF計算を動作させるシステムオンチップであるAFUShell、およびその制御のためのAPIクラスライブラリ等のシステム基盤構築を行った。
PROGSYSでは、シングルFPGA向けの計算機構やコンパイラ等の設計と実装に向けた検討を行った。特に、AFUShellに対して、次世代標準プログラミング環境として注目されているSYCLの独自実装を行い、依存関係に基づいてホストCPUとFPGAを非同期に動作させるC++コードが容易に記述できるようにした。また、FPGA以外のヘテロ構成を対象とするシステムソフトの課題について検討を行った。
APPでは、Graph500でも使用されているグラフの幅優先探索について、データフローに基づくFPGAハードウェアのプロトタイプ実装を行った。また、そのシミュレータを開発し、ボトルネックがメモリ参照であることを確認した。
加えて、布線論理型データフローに基づく新たな近似凸包アルゴリズムを開発しそのプロタイプ実装を行った。その結果、事実上の標準である凸包ライブラリに比べて優位な性能が得られることや、要求に応じてハードウェア量と近似精度のトレードオフを調整できることを明らかにした。また近似精度は実用上問題無く、ドロネー三角形分割等の他の計算幾何学応用への見通しが得られた。
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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
スケーラブルデータフロー計算モデルとそのアーキテクチャを試作するためのFPGAクラスタなどの環境整備を行うと共に、システムやアプリを実装するためのFPGA上システムオンチップやAPIクラスライブラリ、およびFPGA間ネットワークサブシステムの開発を進めており、アプリ開発にも着手できていることから概ね研究実施計画の通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、理研のFPGAクラスタを共通の研究プラットフォームとして研究実施していくことになるが、研究分担者らと定期的に打ち合わせやワークショップを行いながら、密に連携して研究を推進していく予定である。また、アプリ研究者とシステム研究者の間の情報交換を重視していく。さらに、これらのための情報共有用のWEBページを開設し、研究分担者間で利用する。
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