大規模メニーコアプロセッサの超高速エミュレーションに関する研究

• 研究課題/領域番号: 16H02794
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計算機システム
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 吉瀬 謙二 東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (50323887)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2016年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
• キーワード: メニーコアプロセッサ / エミュレーション / トレース駆動 / FPGA / RISC-V / FPGAカード

研究成果の概要

本研究では、FPGAを用いて、サイクルレベルの精度を維持したまま数千個のコアを搭載する大規模メニーコアプロセッサの挙動をエミュレーションする超高速システムの開発に取り組んだ。このシステムは、メニーコアアーキテクチャの研究開発および、メニーコアプロセッサのためのシステムソフトウェアやアプリケーションプログラムの研究開発を加速するものである。また、オープンなアーキテクチャという点で注目を集めているRISC-Vアーキテクチャに着目して、効率の良い典型的な5段のパイプライン構成を持つスカラプロセッサを実装し、それらのソースコードおよび開発環境をオープンソースとして公開した

研究成果の学術的意義や社会的意義

大規模メニーコアプロセッサの超高速エミュレーションのために不可欠となるトレース駆動のネットワークオンチップのシミュレーションの方式として、FPGAを活用してパケット間の依存関係を考慮しながら正しくシミュレーションをおこなう高速で洗練された方式を開発した。その成果は高く評価されており、FPGA関連のトップカンファレンスの1つであるFPGA2020に採録されて発表している。また、ハードウェア記述言語を用いて、汎用のオペレーティングシステムであるLinuxが動作する高機能なRISC-Vシステムオンチップを実装しオープンソースとして公開した。関連するウェブサイトを公開し、多くアクセスされている。

研究成果

• [雑誌論文] LEF: An Effective Routing Algorithm for Two-Dimensional Meshes (2019)
  • 著者名/発表者名: Thiem Van Chu, Kenji Kise:
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Information and Systems 巻: E102.D 号: 10 ページ: 1925-1941
  • DOI: 10.1587/transinf.2019EDP7019
  • NAID: 130007722190
  • ISSN: 0916-8532, 1745-1361
  • 年月日: 2019-10-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] ArchHDL: A Novel Hardware RTL Modeling and High-Speed Simulation Environment (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimpei Sato, Ryohei Kobayashi and Kenji Kise
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Information and Systems 巻: E101.D 号: 2 ページ: 344-353
  • DOI: 10.1587/transinf.2017RCP0012
  • NAID: 130006328495
  • ISSN: 0916-8532, 1745-1361
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast and Cycle-Accurate Emulation of Large-Scale Networks-on-Chip Using a Single FPGA (2017)
  • 著者名/発表者名: Thiem Van Chu, Shimpei Sato and Kenji Kise
  • 雑誌名: ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems 巻: Volume 10, Issue 4 号: 4 ページ: 1-27
  • DOI: 10.1145/3151758
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Dependency-Driven Trace-Based Network-on-Chip Emulation on FPGAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Thiem Van Chu, Kenji Kise, Kiyofumi Tanaka
  • 学会等名: International Symposium on Field-Programmable Gate Arrays (FPGA 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Linuxが動作するRISC-Vコンピュータシステムの設計とVerilog HDLによる実装 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三浦順也, 宮崎広夢, 吉瀬謙二
  • 学会等名: 信学技報 RECONF2019-62
• [学会発表] 5段パイプラインのRISC-Vソフトプロセッサの設計と実装 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮崎広夢, 金森拓斗, Md Ashraful Isla, 吉瀬謙二
  • 学会等名: 信学技報 RECONF2019-63
• [学会発表] An Efficient Implementation of a TAGE Branch Predictor for Soft Processors on FPGA (2019)
  • 著者名/発表者名: Katsunoshin Matsui, Md Ashraful Islam, Kenji Kise
  • 学会等名: International Symposium on Embedded Multicore/Many-core Systems-on-Chip (MCSoC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] An Efficient Instruction Fetch Architecture for a RISC-V Soft Processor on an FPGA (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiromu Miyazaki, Junya Miura, Kenji Kise
  • 学会等名: International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] An Effective Architecture for Trace-Driven Emulation of Networks-on-Chip on FPGAs (2018)
  • 著者名/発表者名: Thiem Van Chu and Kenji Kise
  • 学会等名: 8th International Symposium on Field-Programmable Logic and Applications (FPL 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Trace-Driven Emulation of Large-Scale Networks-on-Chip on FPGAs (2017)
  • 著者名/発表者名: Thiem Van Chu, Kenji Kise
  • 学会等名: 電子情報通信学会研究報告RECONF2016-74
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-01-24
• [学会発表] Enhanced Long Edge First Routing Algorithm and Evaluation in Large-Scale Networks-on-Chip (2017)
  • 著者名/発表者名: Thiem Van Chu, Myeonggu Kang, Shi FA and Kenji Kise
  • 学会等名: IEEE 11th International Symposium on Embedded Multicore/Many-core Systems-on-Chip
  • 国際学会
• [学会発表] FPGAを用いたFat TreeベースNoCの高速エミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: Thiem Van Chu, 吉瀬謙二
  • 学会等名: 電子情報通信学会研究報告CPSY2016-24
  • 発表場所: 松本文化会館
  • 年月日: 2016-08-09
• [備考] RVSoC Project
  • URL: https://www.arch.cs.titech.ac.jp/wk/rvsoc/doku.php
• [備考] RVCore Project
  • URL: https://www.arch.cs.titech.ac.jp/wk/rvcore/doku.php