2014 Fiscal Year Annual Research Report
次世代超並列流体計算のためのメモリボトルネックの無いスケーラブル計算機の研究
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23300012
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐野 健太郎 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (00323048)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 大輔 金沢工業大学, 工学部, 講師 (60507903)
山本 悟 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (90192799)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高性能計算 / 計算機アーキテクチャ / 数値流体力学 / アクセラレータ / リコンフィギャラブル計算 / FPGA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では、以下を実施した。
【１．ハードウェア(HW)による計算およびデータ交換方式の検討・評価】 FORTRANで記述されている既存のBCM計算ソフトウェア(SW)ではHWによる計算およびキューブ間データ交換方式の検証や評価を柔軟に行うことが困難であったため、C++言語を用いて新規にBCM計算SWを開発した。本SWには計算結果の可視化や誤差評価の機能も実装されている。このSWを用いて、HWアクセラレータが扱うメモリ上のデータ配置を定義した上で、それに対するストリーム計算や境界処理の妥当性を検証した。また、隣接キューブ間の袖領域データをHWにより効率良く交換する方式としてマルチストライドDMA転送を考案し、上記SWを用いてその妥当性検証および計算誤差評価を行った。この結果、考案したデータ交換方式は計算パイプラインの初段に通信をまとめて計算性能を向上させることが可能であり、また従来のデータ交換方式からの変更にも関わらず、タイムステップ間隔を狭めることにより計算誤差を十分小さくできることが確認できた。
【２．ストリーム計算HWモジュールの高位合成コンパイラの開発】 多数の浮動小数点演算器から成る複雑なHWアクセラレータ回路の設計と実装には非常に多くの工程と時間を要する。これを短縮し様々な流体計算HWを簡単に実装可能となるように、ストリーム計算の独自記述言語とそのHWモジュールを自動生成する高位合成HWコンパイラを開発した。
【３．ストリーム計算方式に基づく流体計算HWの実装と評価】 ２のコンパイラを用いて、フラクショナルステップ法に基づく流体計算HW、格子ボルツマン法に基づく流体計算HW、および浅水方程式に基づく津波計算HWを設計・実装し、FPGAによりその性能評価を行った。メモリボトルネックが無く、利用可能な外部メモリ帯域に対しHWリソースの限り計算性能を向上可能であることを実証した。
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| Research Progress Status |
26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 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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