2014 Fiscal Year Research-status Report
再構成型LSIによるCFD力学向け計算機システムの構成技術に関する研究
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25330067
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
長名 保範 琉球大学, 工学部, 助教 (00532657)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
天野 英晴 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (60175932)
藤田 直行 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (70358480)
中條 拓伯 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80217736)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 高位合成 / マルチFPGAシステム / ハードウェア・ソフトウェア協調処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
FPGAによって科学技術計算を高速化することは性能面・消費電力面で有力な解決策とみられているが、計算を行うためにはそのための回路設計が必要であり、さらに大規模な計算ならば複数のFPGAやボードにまたがった回路設計が必要となることがハードルになっていた。
本研究ではこれらの諸問題を解決することを目標としており、26年度には、1. 25年度に開発した回路の自動分割手法の改良、2. 高位合成によってC言語などの高級言語を用いて設計する手法の検討、3. CPU-FPGA混載型チップによるソフトウェア・ハードウェア協調処理手法の検討、4. 実効性能の低下を防ぐためのメモリアクセスのチューニング手法の検討、5. 実システムの運用へ向けた部分再構成手法の検討、などを行い、それぞれ一定の成果を得た。
特に、2. については従来、研究グループ内で開発された設計ツールのみを使用していたが、26年度から商用設計ツールも導入し、さらに研究を加速している。3. については26年度から開始し、順調に進捗している。また、4. は26年度に新たにツールを開発したものであるが、流体計算に限らずさまざまなアルゴリズムの実装に適用可能と考えられ、27年度も改良を行っていく予定である。
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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
マルチFPGAシステムへの回路の実装については、25年度から開発しているツールを引き続き発展させ、FLOPS-2DのFPGA上に構成する回路の自動生成を目指して開発を続けている。また、ハードウェアに計算アルゴリズムを実装する際に問題となるメモリアクセスの性能について見積もる手法を検討し、ツールを開発した。これらにより、不規則メモリアクセスを伴う数値計算アルゴリズムのマルチFPGAシステムへの実装に際しての基本的な手法の開発は順調に進んでいるといえる。
Fortranからのデザインエントリが懸案事項であったが、Fortranベースの高位合成ツールである FortRockの開発を開始した。高位合成ツールの開発は決して簡単ではないが、JavaRock-Thrash の開発によって得られた知見を活かし、プロジェクト完了までにはある程度実用化できる見込みである。また、Cベースの商用高位合成ツールによる数値計算アクセラレータの実装についても平行して検討を行っており、ここから得られる知見をFortranからのデザインエントリにもフィードバックすることが可能である。したがって、高位合成技術の応用についても順調に進んでいるといえる。
センター運用などを可能にするための要素技術としては、部分再構成の応用について一定の成果を得るとともに、CPU混載型のFPGA (Xilinx社 Zynq SoC) による実装に着手した。マルチFPGAシステムではユーザ間やプロセス間のリソース管理が大きな課題であるが、各FPGA内部にCPUを持つ構成にすることでこの問題の改善につなげることができると考えられ、これも順調な進捗であると考えている。
また、JAXAではFaSTARの詳細な性能プロファイリングを進めており、27年度の最終的な性能評価に向けての準備が整ったといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目が終了し、ここまで順調に進んできているので、成果物の統合などを行いながら最終年度の研究を進めていきたいと考えている。
具体的には、農工大で開発しているFortranベースの高位合成ツールと琉球大で開発しているマルチFPGAシステムのためのフレームワークの統合や、これまでFLOPS-2Dベースで進めてきた開発の成果物と慶應大で進めているZynq SoCによる実装成果を合わせることで、システムの実用化にむけた取り組みを行う。また、JAXAでのFaSTARプロファイリングの結果を踏まえて最終的な性能評価などを行っていく予定である。
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| Causes of Carryover |
慶應義塾大: FPGAボードの購入を予定していたが、東京エレクトロンデバイス(株)が突然Xilinx社の代理店契約を終了してしまったため、購入手続きが遅れた。
琉球大: 不足分を運営費に振り替える学内手続きが事務方の多忙のため間に合わず、当該支出の全額を運営費からとしたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
慶應義塾大: 4月から代理店が変更となり、27年度の早い時期にFPGAボードの購入を予定している。
琉球大: 27年度に回る額は5051円と少額であり、27年度の研究費執行に大きな影響はないと考えている。
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