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大規模科学技術計算を指向するメモリ混載型高性能プロセッサアーキテクチャの研究

研究課題

研究課題/領域番号 10680335
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 計算機科学
研究機関東京大学

研究代表者

中村 宏  東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (20212102)

研究分担者 南谷 崇  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (80143684)
研究期間 (年度) 1998 – 1999
研究課題ステータス 完了 (1999年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
1999年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
1998年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
キーワードプロセッサアーキテクチャ / メモリ階層 / 科学技術計算 / ハイパフォーマンスコンピューティング / プロセッサアーキテクチュ
研究概要

本研究では、大規模科学技術計算の高速処理に必須な極めて高いメモリシステムのスループットを、集積度の向上を頼りにプロセッサチップ上のメモリを増やすことで確保する、メモリ混載型のマイクロプロセッサの実現を目指す。具体的には、プロセッサチップ上に、従来のハードウェア制御のキャッシュ以外に、ソフトウェアでデータのアロケーションとリプレースが制御可能なアドレス指定されたメモリをも実装することを提案する。
本研究では、初年度にアーキテクチャの詳細を決定し、予備評価として種々のアプリケーションにおいて、提案するアーキテクチャがオフチップメモリトラフィックを低減可能であることを示した。その後、提案するプロセッサのシュミレータを開発し性能評価環境を整備した。本シュミレータは、プロセッサが搭載する演算器の数・レーテンシ・リピートレート、およびチップ上の記憶であるオンチップメモリとキャッシュ、及びオフチップ主記憶のスループレット・レーテンシをパラメータとして変化させることができるものである。次に、このシュミレータを用いて、簡単なベンチマークとして行列積計算、さらに物理学上の実アプリケーションとして量子色力学と重力流体力学の計算を対象に、提案手法の性能を評価した。その結果、キャッシュだけ用いる従来のプロセッサと比較して、データのアロケーションとリプレースを指定可能という特徴をもつ提案するプロセッサは、オフチップメモリトラフィックを低減することができ、またレーテンシが大きい場合でも高い実行スループットを維持できるため、高い実効性能を達成できることがわかった。例えば、オフチップメモリアクセスレーテンシが40サイクルのとき、量子色力学問題で約2.7倍の高速化、重力流体力学問題でも1.7倍の処理の高速化が達成できた。また、将来の半導体の集積度の向上によりプロセッサの演算能力が高まった場合にはさらにこの性能上の優位性が拡大することもわかった。以上より、提案するアーキテクチャは大規模科学技術計算において有効であり、将来の技術動向を踏まえると今後もさらに有効となることが示された。

報告書

(3件)
  • 1999 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (21件)

  • [文献書誌] P. Panda: "Augmenting Loop Tiling with Data Alignment for Improved Cache Performance"IEEE Transactions on Computers. Vol.48, No.2. 142-149 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 大河原英喜: "ハイパフォーマンスコンピューティングに適したメモリ階層の検討"情報処理学会研究報告. ARC99-133. 55-60 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 大河原英喜: "ハイパフォーマンスコンピューティングに適したメモリアーキテクチャの予備評価"情報処理学会研究報告. ARC2000-136. 13-18 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Aoki: "Performance of lattice QCD programs on CP-PACS"Journal of Parallel Computing. Vol. 25. 1243-1255 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Nakazawa: "CP-PACS: A Massively Parallel Processor at University of Tsukuba"Journal of Parallel Computing. Vol. 25. 1635-1661 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Kondo: "SCIMA: A Novel Processor Architecture for High Performance Computing"Proc. of High Performance Computing Asia 2000. (印刷中). (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] P. Panda: "Augmenting Loop Tiling with Data Alignment for Improved Cache Performance"IEEE Transactions on Computers. Vol. 48 No. 2. 142-149 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Okawara: "Preliminary Evaluation of New Memory Hierarchy for High Performance Computing"Technical Report of IPSJ. ARC99-133. 55-60 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Okawara: "Preliminary Performance Evaluation of New Memory Architecture for High Performance Computing"Technical Report of IPSJ. ARC2000-136. 13-18 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Aoki: "Performance of lattice QCD programs on CP-PACS"Journal of Parallel Computing. Vol. 25. 1243-1255 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Nakazawa: "CP-PACS : A Massively Parallel Processor at University of Tsukuba"Journal of Parallel Computing. Vol. 25. 1635-1661 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Kondo: "SCIMA : A Novel Processor Architecture for High Performance Computing"Proc. of High Performance Computing Asia 2000. (to appear). (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 今井雅: "SDIモデルに基づいた非同期式パイプライン・データパスの論理合成"情報処理学会論文誌. 40・4. 1947-1956 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 大河原英喜: "ハイパフォーマンスコンピューティングに適したメモリ階層の検討"情報処理学会研究報告 ARC. 133. 55-60 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 大河原英喜: "ハイパフォーマンスコンピューティングに適したメモリアーキテクチャの予備評価"情報処理学会研究報告 ARC. 136. 13-18 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] S. Aoki: "Performance of lattice QCD programs on CP-PACS"Journal of Parallel Computing. 25. 1243-1255 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K. Nakazawa: "CP-PACS : A Massively Parallel Processor at University of Tsukuba"Journal of Parallel Computing. 25. 1635-1661 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] M. Kondo: "SCIMA : A Novel Processor Architecture for High Performance Computing"High Performance computing Asia 2000. (採録決定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 板倉憲一: "超並列計算機CP-PACSにおけるNPB Kernel CGの評価" 情報処理学会論文誌. 39・6. 1757-1765 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] P.R.Panda: "Augmenting Loop Tiling with Data Alignment for Improved Cache Performance" IEEE Transactions on Computers. 48・2. (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 近藤正章: "オンチップメモリを用いたHPCプロセッサの検討" 情報処理学会研究報告. HPC-75. 85-90 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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