• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

CPU-FPGA混在クラスタによるCFD向け高性能計算システムの研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K00078
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 計算機システム
研究機関琉球大学

研究代表者

長名 保範  琉球大学, 工学部, 助教 (00532657)

研究分担者 天野 英晴  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60175932)
藤田 直行  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主幹研究開発員 (70358480)
中條 拓伯  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80217736)
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
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードFPGA / 高位合成 / 協調設計 / 科学技術計算 / 数値計算 / 並列システム / アクセラレータ / ストリーム計算 / 高性能コンピューティング / 計算機システム / リコンフィギャラブルシステム
研究成果の概要

計算機システムへのFPGAの導入は電力対性能比面を改善する手段として有望視されているものの、プログラミングがソフトウェアの実装ではなく回路設計となる点をはじめ、本来の性能を発揮するためにはいくつかの問題が未解決である。本研究プロジェクトではこの点を解決するためのプログラミング手法と基盤システムを開発した。これにより、C++やJavaによるアルゴリズム記述で、多数のCPUとFPGAから構成される大規模な並列システムの実現が可能である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高性能コンピュータの電力あたりの計算能力を改善するために、FPGAと呼ばれる論理回路を書き換え可能なLSIを導入することが世界中で検討されているが、プログラミングの困難さやツールの制約によってその潜在的な性能を十分に発揮するには至っていない。本研究プロジェクトではFPGAを用いた大規模計算システムを構築するための基本的なソフトウェア・ハードウェアの基盤と、その上でアプリケーションを開発するためのプログラミングツールを開発した。これによりFPGAによる大規模並列システムとその上で動作する高性能なアプリケーションの開発が容易になり、機械学習や大規模データ処理・科学技術計算などに広く応用可能である。

報告書

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

    (38件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 11件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Interuniversity Microelectronics Centre(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Scalable Hardware Mechanism for Partitioned Circuits Operation2018

    • 著者名/発表者名
      Hironori Nakajo, Yusuke Katoh, Hironari Yoshiuchi, and Yoshio Murata
    • 雑誌名

      ECTI Transactions on Computer and Information Technology (ECTI-CIT)

      巻: 12 ページ: 90-97

    • 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
  • [雑誌論文] 高性能Lens Free Imagerのためのハードウェア・アクセラレーション2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木涼太,竹本正志,梅野克彦,矢代昌之,龍池哲也,Richard STAHL,Geert VANMEERBEECK,Veerle REUMERS,Andy LAMBRECHTS,Huys ROELAND,三好健文,中條拓伯
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌D 情報・システム

      巻: J100-D 号: 3 ページ: 331-340

    • DOI

      10.14923/transinfj.2016PDP0035

    • ISSN
      1880-4535, 1881-0225
    • 年月日
      2017-03-01
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] PyJer:高位合成ツールとSoCを用いたIoT向けデバイスプロトタイピングのためのフレームワーク2017

    • 著者名/発表者名
      照屋大地,宮崎大智,中條拓伯
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌D 情報・システム

      巻: J100-D 号: 3 ページ: 287-297

    • DOI

      10.14923/transinfj.2016PDP0033

    • ISSN
      1880-4535, 1881-0225
    • 年月日
      2017-03-01
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Lens Free Imager の画像キャプチャシステムの設計と実装2017

    • 著者名/発表者名
      竹本正志,鈴木涼太,梅野克彦,矢代昌之,龍池哲也,Richard Stahl,Geert Vanmeerbeeck,三好健文,中條拓伯
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌

      巻: 58 ページ: 1348-1358

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 回路分割機能付きJava 言語ベース高位合成ツールにおける回路検証機構2016

    • 著者名/発表者名
      松田和也, 三好健文, 竹本正志,船田悟史, 中條拓伯
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌

      巻: 57 ページ: 1680-1689

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] A CPU-FPGA hybrid cluster platform for accelerated scientific computing2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Osana
    • 学会等名
      CANREXI workshop in CANDAR'18
    • 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] Vivado HLSとhls::streamによるマルチFPGAプログラミング手法の提案2018

    • 著者名/発表者名
      長名保範, 高見昌志
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] C4: An FPGA-based Compression Algorithm for ExpEther2018

    • 著者名/発表者名
      H. Shimura, H. Noda, H. Amano
    • 学会等名
      SUSC workshop in CANDAR'18 (Best paper award)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ホールスラスタ内部解析用PIC法計算のArria 10 SoC FPGAへの 実装2018

    • 著者名/発表者名
      野田裕之, 宮島敬明, 藤田直行, 天野英晴
    • 学会等名
      電子情報通信学会コンピュータシステム研究会 (若手優秀発表賞)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Operation in Partitioned Circuits with Scalable Hardware Mechanism2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Katoh, Hironari Yoshiuchi and Hironori Nakajo
    • 学会等名
      The 15th International Joint Conference on Computer Science and Software Engineering (JCSSE2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自律分散システムのための高位合成ツールを用いたオートスケール機構2018

    • 著者名/発表者名
      照屋大地, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] CPU-FPGAクラスタ上でのストリーミング計算による拡散方程式の計算2017

    • 著者名/発表者名
      長名保範, 坂本洋平
    • 学会等名
      第31回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ストリーム計算による拡散方程式の実装と性能評価2017

    • 著者名/発表者名
      坂本洋平, 長名保範
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Performance Evaluation of a CPU-FPGA Hybrid Cluster Platform Prototype2017

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Osana and Yohei Sakamoto:\
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Implementation of the PIC method's aggregation process on a SoC FPGA to avoid RAW hazards using reduction2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noda, Ryotaro Sakai, Takaaki Miyajima, Naoyuki Fujita, Hideharu Amano
    • 学会等名
      IEEE Symposium on Low Power and High-Speed Chips (COOL Chips20)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Acceleration of the aggregation process in a Hall-thruster simulation using Intel FPGA SDK for OpenCL2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noda, Ryotaro Sakai, Taaki Miyajima, Naoyuki Fujita, Hideharu Amano
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MCU-FPGA複合システムにおけるIoT向けプラットフォームと無線コンフィギュレーションの可能性の検証2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木涼太, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Javaベース高位合成におけるマルチスレッド機能によるステンシル計算のFPGA実装2017

    • 著者名/発表者名
      矢内奎太朗, 長名保範,中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Ruby言語ベースのハードウェア・ソフトウェアコデザイン環境の実現とリアクティブプログラミングの適用2017

    • 著者名/発表者名
      照屋大地, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] スケーラブル・ハードウェア機構におけるストリーム計算のための回路分割手法とFPGAによる検証2017

    • 著者名/発表者名
      村田義雄, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 論理推論システムのルール集合を機械学習により切り替える試み2017

    • 著者名/発表者名
      竹岡尚三, 識名朝彬, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Hardware Acceleration with Multi-Threading of Java-Based High Level Synthesis Tool2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishikawa, K. Yanai, K. Koike, T. Miyoshi and H. Nakajo
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance Evaluation of an SoC for the Real-Time Lens Free Imager RALFIE2017

    • 著者名/発表者名
      M. Takemoto, R. Suzuki, K. Umeno, M. Yashiro, T. Ryuchi, K. Ohshima, N. Kitagawa and H. Nakajo
    • 学会等名
      2017 IEEE 6th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CPU-FPGA混在クラスタにおけるリモート部分再構成の初期性能評価2017

    • 著者名/発表者名
      長名保範, 坂本洋平, 松田紘作, 大久保慎也
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス (神奈川県横浜市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] IoT/CPS技術を支援する高位合成フレームワークの構想2017

    • 著者名/発表者名
      照屋大地, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス (神奈川県横浜市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] MCU-FPGA複合システム向けフレームワークの検討2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木涼太, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス (神奈川県横浜市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 部分再構成によるCPU-FPGA混在クラスタの実現へむけた研究2016

    • 著者名/発表者名
      坂本洋平, 松田紘作, 大久保慎也, 長名保範
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス(富山県富山市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] αβ法を用いたTraxゲームソルバに関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      大久保慎也, 長名保範, 坂本洋平, 松田紘作
    • 学会等名
      第15回情報科学技術フォーラム (FIT2016)
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス(富山県富山市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Java言語ベース高位合成ツールおよびCoRAMアーキテクチャ合成フレームワークを用いた音場の可視化システムの構築2016

    • 著者名/発表者名
      照屋大地, 宮崎大智, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 発表場所
      富士通研究所 (神奈川県川崎市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] スケーラブル・ハードウェア機構における信号圧縮による分割回路効率実行2016

    • 著者名/発表者名
      村田義雄, 吉内大成, 中條拓伯
    • 学会等名
      電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 発表場所
      富士通研究所 (神奈川県川崎市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Design of real-time advanced lens free imager2016

    • 著者名/発表者名
      Masashi Takemoto, Ryota Suzuki, Katsuhiko Umeno, Masayuki Yashiro, Tetsuya Ryuchi, Kohta Ohshima, Naoya Kitagawa and Hironori Nakajo
    • 学会等名
      ACM The Seventh Symposium on Information and Communication Technology (SoICT'16)
    • 発表場所
      ベトナム・ホーチミン
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On-the-fly data compression/decompression mechanism with ExpEther2016

    • 著者名/発表者名
      Hideki Shimura, Takuji Mitsuishi, Masaki Kan, Takashi Yoshikawa, Hideharu Amano
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking (CANDAR)
    • 発表場所
      東広島芸術文化ホール (広島県東広島市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ExpEther における On-the-fly でのデータ圧縮2016

    • 著者名/発表者名
      志村英樹,三石拓司,菅真樹,吉川孝士,天野英晴
    • 学会等名
      電子情報通信学会コンピュータシステム研究会
    • 発表場所
      キッセイ文化ホール (長野県松本市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] ExpEther NIC向けの圧縮手法SECOMPAXの実装2016

    • 著者名/発表者名
      志村英樹,三石拓司,菅真樹,吉川隆士,天野英晴
    • 学会等名
      第15回情報科学技術フォーラム
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス(富山県富山市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Acceleration of Full-PIC simulation on a CPU-FPGA tightly coupled environment2016

    • 著者名/発表者名
      Ryotaro Sakai, Naru Sugimoto, Takaaki Miyajima, Naoyuki Fujita, and Hideharu Amano
    • 学会等名
      IEEE 10th International Symposium on Embedded Multicore/Many-core Systems-on-Chip (IEEE MCSoC 2016)
    • 発表場所
      フランス・リヨン
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Zynqを用いた衛星エンジンシミュレーションの高速化の検討2016

    • 著者名/発表者名
      酒井 諒太郎, 宮島 敬明, 杉本 成, 藤田 直行, 天野 英晴
    • 学会等名
      電子情報通信学会コンピュータシステム研究会
    • 発表場所
      キッセイ文化ホール (長野県松本市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Zynqを用いたFull-PIC法の高速化の検討2016

    • 著者名/発表者名
      酒井 諒太郎, 宮島 敬明, 杉本 成, 藤田 直行, 天野 英晴
    • 学会等名
      第15回情報科学技術フォーラム
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス(富山県富山市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi