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機械学習技術の活用による職人的プログラミングの知能化

研究課題

研究課題/領域番号 16H02822
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 高性能計算
研究機関東北大学

研究代表者

滝沢 寛之  東北大学, サイバーサイエンスセンター, 教授 (70323996)

研究分担者 片桐 孝洋  名古屋大学, 情報基盤センター, 教授 (40345434)
横川 三津夫  神戸大学, 先端融合研究環, 教授 (70358307)
南 一生  国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, ユニットリーダー (70501998)
研究協力者 小林 広明  
須田 礼仁  
岡谷 貴之  
江川 隆輔  
大島 聡史  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
2018年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2016年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード並列処理 / 性能最適化 / 機械学習 / 自動性能チューニング / 自動チューニング
研究成果の概要

本研究では,高性能計算(HPC)プログラミングの支援に機械学習を効果的に利用できる事例を示した.すでに機械学習の利用が成功している問題に変換することにより,コード最適化における種々の問題も機械学習で解決できる可能性がある.また,HPCプログラミング分野で膨大な数の訓練データを用意できる問題は稀であり,効率的な収集のためには対象問題を十分に分析する重要性が示された.さらに,HPCプログラミングと同様に,機械学習の利用においても熟練者の経験と勘に頼らなければならないが,すでに数値化されているハイパーパラメータの調整であるため,計算コストの問題に置き換えて考えることが可能であることも明らかになった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

従前,熟練のプログラマによる知識と経験に基づいて,高性能計算アプリケーションコードが対象計算システム向けに最適化されてきた.しかし,ポストムーア時代の大規模かつ複雑な計算システム向けにコードを最適化する労力は,今後ますます増大することが予想され,そのための人材を確保し続けることは困難である.この問題に対して,本研究では近年注目されている機械学習技術を有効活用することで,熟練のプログラマに求められる性能最適化の労力を大幅に軽減できる可能性を明確に示すことができた.多様な科学技術分野で必要不可欠なツールとなっている高性能計算アプリケーションの開発の効率化は,学術的にも社会的にも意義深い成果である.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 2件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 13件、 招待講演 7件) 図書 (2件)

  • [国際共同研究] ダルムシュタット工科大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] The Impacts of Locality and Memory Congestion-aware Thread Mapping on Energy Consumption of Modern NUMA Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Mulya Agung, Muhammad Alfian Amrizal, Ryusuke Egawa and Hiroyuki Takizawa
    • 雑誌名

      2019 IEEE Symposium in Low-Power and High-Speed Chips (COOL CHIPS)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance Evaluation of Different Implementation Schemes of an Iterative Flow Solver on Modern Vector Machines2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Yamaguchi, Takashi Soga, Yoichi Shimomura, Thorsten Reimann, Kazuhiko Komatsu, Ryusuke Egawa, Akihiro Musa, Hiroyuki Takizawa, Hiroaki Kobayashi
    • 雑誌名

      Supercomputing Frontiers and Innovations

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Machine Learning-Based Approach for Selecting SpMV Kernels and Matrix Storage Formats2018

    • 著者名/発表者名
      Hang Cui and Shoichi Hirasawa and Hiroaki Kobayashi and Hiroyuki Takizawa
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E101.D 号: 9 ページ: 2307-2314

    • DOI

      10.1587/transinf.2017EDP7176

    • NAID

      130007479730

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 年月日
      2018-09-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigating the Effects of Dynamic Thread Team Size Adjustment for Irregular Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Xiong Xiao, Mulya Agung, Muhammad Alfian Amrizal, Ryusuke Egawa and Hiroyuki Takizawa
    • 雑誌名

      The Sixth International Symposium on Computing and Networking (CANDAR)

      巻: - ページ: 76-84

    • DOI

      10.1109/candar.2018.00017

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Failure Prediction-Based Adaptive Checkpointing Method with Less Reliance on Temperature Monitoring for HPC Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Alfian Amrizal and Pei Li and Mulya Agung and Ryusuke Egawa and Hiroyuki Takizawa
    • 雑誌名

      IEEE International Conference on Cluster Computing (CLUSTER2018)

      巻: - ページ: 512-523

    • DOI

      10.1109/cluster.2018.00067

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Use of Code Structural Features for Machine Learning to Predict Effective Optimizations2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kawarabatake and Mulya Agung and Kazuhiko Komatsu and Ryusuke Egawa and Hiroyuki Takizawa
    • 雑誌名

      2018 IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium Workshops

      巻: - ページ: 1049-1055

    • DOI

      10.1109/ipdpsw.2018.00163

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preconditioner auto-tuning with deep learning for sparse iterative algorithms2018

    • 著者名/発表者名
      Kenya Yamada and Takahiro Katagiri and Hiroyuki Takizawa and Kazuo Minami and Mitsuo Yokokawa and Toru Nagai and Masao Ogino
    • 雑誌名

      The Sixth International Symposium on Computing and Networking Workshops (CANDARW)

      巻: - ページ: 257-262

    • DOI

      10.1109/candarw.2018.00055

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automatic Hyperparameter Tuning of Machine Learning Models under Time Constraints2018

    • 著者名/発表者名
      Zhen Wang and Agung Mulya and Ryusuke Egawa and Reiji Suda and Hiroyuki Takizawa
    • 雑誌名

      IEEE Big Data 2018 Workshop, The Second International Workshop on Automation in Machine Learning and Big Data (AutoML 2018)

      巻: - ページ: 4967-4973

    • DOI

      10.1109/bigdata.2018.8622384

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance Evaluation of a Vector Supercomputer SX-Aurora TSUBASA2018

    • 著者名/発表者名
      K. Komatsu, S. Momose, Y. Isobe, O. Watanabe, A. Musa, M. Yokokawa, T. Aoyama, M. Sato, H. Kobayashi
    • 雑誌名

      International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC ’18)

      巻: - ページ: 685-696

    • DOI

      10.1109/sc.2018.00057

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SX-Aurora TSUBASAにおけるプロセス間通信の性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      塩月信智, 江川隆輔, 滝沢寛之
    • 雑誌名

      情報処理学会 研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)

      巻: 2018-HPC-165(21)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] The Importance of Dynamic Load Balancing among OpenMP Thread Teams for Irregular Workloads2017

    • 著者名/発表者名
      Xiong Xiao and Shoichi Hirasawa and Hiroyuki Takizawa and Hiroaki Kobayashi
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: 7(2) ページ: 529-535

    • DOI

      10.1109/candar.2016.0097

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Customizable Auto-Tuning Scenario with User-Defined Code Transformations2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Takizawa and Daichi Sato and Shoichi Hirasawa and Daisuke Takahashi
    • 雑誌名

      2017 IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium Workshops

      巻: - ページ: 1372-1378

    • DOI

      10.1109/ipdpsw.2017.79

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimizing Energy Consumption on HPC Systems with a Multi-level Checkpointing Mechanism2017

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Alfian Amrizal and Hiroyuki Takizawa
    • 雑誌名

      12th International Conference on Networking, Architecture, and Storage(NAS2017)

      巻: - ページ: 1-9

    • DOI

      10.1109/nas.2017.8026868

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vectorization-Aware Loop Optimization with User-Defined Code Transformations2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Takizawa and Thorsten Reimann and Kazuhiko Komatsu and Takashi Soga and Ryusuke Egawa and Akihiro Musa and Hiroaki Kobayashi
    • 雑誌名

      IEEE International Conference on Cluster Computing (CLUSTER2017), Workshop on Re-Emergence of Vector Architectures (REV-A)

      巻: - ページ: 685-692

    • DOI

      10.1109/cluster.2017.102

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Memory Congestion-aware MPI Process Placement for Modern NUMA Systems2017

    • 著者名/発表者名
      Mulya Agung, Muhammad Alfian Amrizal, Kazuhiko Komatsu, Ryusuke Egawa, and Hiroyuki Takizawa
    • 雑誌名

      the 24th IEEE International Conference on High Performance Computing, Data, and Analytics (HiPC2017)

      巻: - ページ: 152-161

    • DOI

      10.1109/hipc.2017.00026

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Application-Level Incremental Checkpointing Mechanism with Automatic Parameter Tuning2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Takizawa and Muhammad Alfian Amrizal and Kazuhiko Komatsu and Ryusuke Egawa
    • 雑誌名

      The Fifth International Symposium on Computing and Networking, International Workshop on Legacy HPC Application Migration (LHAM2017)

      巻: - ページ: 389-394

    • DOI

      10.1109/candar.2017.96

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A code selection mechanism using deep learning2016

    • 著者名/発表者名
      C. Hang, S. Hirasawa, H. Takizawa, and H. Kobayashi
    • 雑誌名

      IEEE 10th International Symposium on Embedded Multicore/Many-core Systems-on-Chip (MCSoC-16)

      巻: - ページ: 385-392

    • DOI

      10.1109/mcsoc.2016.46

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] An Energy Optimization Method for Hybrid In-Memory Checkpointing2019

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Alfian Amrizal, Mulya Agung, Ryusuke Egawa, Hiroyuki Takizawa
    • 学会等名
      IEEE Symposuim on Low-Power and High-Speed Chips and Systems (COOL Chips 22)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Toward Auto-tuning of Preconditioners for Sparse Iterative Solvers by Deep Learning2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Katagiri
    • 学会等名
      2019 Conference on Advanced Topics and Auto Tuning in High-Performance Scientific Computing (ATAT2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Auto-tuning of Preconditioners with Deep Learning2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Katagiri, Kenya Yamada
    • 学会等名
      SIAM Conference on Computational Science and Engineering (CSE19)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スーパーコンピュータにおける性能最適化技術2019

    • 著者名/発表者名
      南一生
    • 学会等名
      最新アーキテクチャ向けプログラムチューニング技術ワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Memory First! A performance tuning strategy focusing on memory access patterns2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Takizawa, Naoki Ebata, Mulya Agung, Muhammand Alan Amrizal, Ryusuke Egawa, Yoko Isobe, and Ryoji Takaki
    • 学会等名
      The 29th Workshop on Sustained Simulation Performance
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] NEC SX-Aurora TSUBASA 向けプログラムチューニング技術2019

    • 著者名/発表者名
      滝沢寛之
    • 学会等名
      最新アーキテクチャ向けプログラムチューニング技術ワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Expressing the Differences in Code Optimizations between Intel Knights Landing and NEC SX-ACE Processors2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Takizawa, Thorsten Reimann, Kazuhiko Komatsu, Takashi Soga, Ryusuke Egawa, Akihiro Musa, and Hiroaki Kobayashi
    • 学会等名
      The 13th World Congress on Computational Mechanics/2nd Pan American Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SX-Aurora TSUBASAの基本性能および機能の初期評価2018

    • 著者名/発表者名
      滝沢寛之
    • 学会等名
      SX-Aurora TSUBASAフォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Code Optimization with ppOpen-AT and Preconditioner Selection by Deep Learning2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Katagiri
    • 学会等名
      International Symposium on Research and Education of Computational Science (RECS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ディープラーニングによる数値計算ライブラリのチューニングパラメタの最適化の試み2018

    • 著者名/発表者名
      山田賢也、 片桐孝洋、永井亨、荻野正雄
    • 学会等名
      第23回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ディープラーニングを用いた数値計算ライブラリにおける反復解法の前処理選択の検討2018

    • 著者名/発表者名
      山田 賢也, 片桐 孝洋, 永井 亨, 荻野 正雄
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2018年度年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 建物の地震動応答シミュレーションに現れる前処理付き共役勾配法の並列化2018

    • 著者名/発表者名
      後藤啓,横川三津夫,坂敏秀
    • 学会等名
      第167回ハイパフォーマンスコンピューティング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Automatic Parameter Tuning of Application-Level Incremental Checkpointing2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Takizawa, Muhammad Alfian Amrizal, Kazuhiko Komatsu, and Ryusuke Egawa
    • 学会等名
      2018 Conference on Advanced Topics and Auto Tuning in High-Performance Scientific Computing (ATAT in HPSC 2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards prediction of effective optimizations in performance engineering2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Takizawa
    • 学会等名
      The 27th Workshop on Sustained Simulation Performance
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] User-Defined Code Transformation for Separation of Performance-Awareness from Application Codes2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Takizawa
    • 学会等名
      SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High Precision Computing of Matrix-Matrix Multiplications and a New Approach of Auto-Tuning to Numerical Libraries by Deep Learning2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Katagiri, Shuntaro Ichimura and Kenya Yamada
    • 学会等名
      SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing (PP) 18
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Expectation to Supercomputer Benchmark from the Viewpoint of Performance Optimization Technology2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Minami
    • 学会等名
      SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 疎行列形状のカラー画像を入力としたディープラーニングによる数値計算ライブラリの自動チューニング方式2017

    • 著者名/発表者名
      山田賢也、片桐孝洋、永井亨、荻野 正雄
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告162-HPC-2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ディープラーニングによるカラー画像を用いた疎行列反復解法ライブラリの自動チューニング2017

    • 著者名/発表者名
      山田賢也、片桐孝洋
    • 学会等名
      NVIDIA GPU Technical Conference in Japan 2017 (GTC Japan 2017)、テクニカルセッション
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ディープラーニングを用いた数値計算ライブラリの最適実装選択の検討2017

    • 著者名/発表者名
      山田賢也、片桐孝洋、永井亨、荻野正雄
    • 学会等名
      情報処理学会第79回全国大会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いたコード変換に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      川原畑勇希, 平澤将一, 滝沢寛之, 小林広明
    • 学会等名
      平成28年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 発表場所
      東北工業大学八木山キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-08-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] STView: An Eclipse Plug-in Tool for Visualizing Program Structures in Fortran Source Codes2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ohichi,M. Terai, M. Yokokawa, and K. Minami
    • 学会等名
      The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC2016)
    • 発表場所
      Salt Lake City, USA
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Making a Legacy Code Auto-Tunable without Messing It Up2016

    • 著者名/発表者名
      H. Takizawa, D. Sato, S. Hirasawa, and H. Kobayashi
    • 学会等名
      The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC2016)
    • 発表場所
      Salt Lake City, USA
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] The Art of High Performance Computing for Computational Science Vol.22019

    • 著者名/発表者名
      Editor; Masaaki Geshi
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] 計算科学のためのHPC技術22017

    • 著者名/発表者名
      下司雅章 編/南 一生他著
    • 総ページ数
      340
    • 出版者
      大阪大学出版会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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