生産性の高いGPU向けプログラミング言語処理系

• 研究課題/領域番号: 18H03219
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分60050:ソフトウェア関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 増原 英彦 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (40280937)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: GPGPU / オブジェクト指向プログラミング / 動的メモリ割り当て / Python / 多重継承 / 言語実現フレームワーク / モジュール機構 / 領域特化言語 / スレッドスケジーリング / 領処特化言語 / Ruby / グラフ処理 / 資源管理 / 入れ子オブジェクト / structure-of-arrays配置 / メタコンパイラフレームワーク / 動的長配列型 / メモリ管理 / JITコンパラ / プログラム合成 / 資源意識

研究成果の概要

生産性の高いGPGPU向けプログラミング言語処理の構築に向けて以下の成果を得た。まずオブジェクト指向プログラミングをGPU上で行う際に大きな障害となっていた動的なメモリ割り当てについて新しい管理手法を提案しC++領域特化言語DynaSOArとして実現し、これまでのメモリ管理ライブラリと比べて同程度の割り当て速度を保ちつつ連続性の高い割り当てができ、アプリケーションプログラムを大きく高速化できるものを得た。この成果を発展させ、継承機構、モジュール化機構、動的コンパイルなどのより高度なオブジェクト指向言語機能に接続する研究も行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

GPUを搭載した計算機環境がますます一般的になる中で、GPGPUアプリケーションプログラムの記述を容易にすることは研究開始当初から継続して求められており、今後もますます必要となると考えられる。そのような状況下で、これまで性能上の理由から事実上で行えなかった動的メモリ割当ての効率化に成功したことで、GPU上でのオブジェクト指向プログラミングの応用範囲が大きく広がる可能性を示した意義は大きいと考える。

研究成果

• [国際共同研究] Dusseldorf University(ドイツ)
• [国際共同研究] Caltholic University of the North(チリ)
• [国際共同研究] Dusseldorf University/University of Tuebinguen(ドイツ)
• [国際共同研究] City University of New York/Microsoft Research(米国)
• [国際共同研究] Catholic University of the North(チリ)
• [国際共同研究] SUNY Binghamton/City University of New York(米国)
• [国際共同研究] University of Potsdam(ドイツ)
• [国際共同研究] KTH Royal Institute of Technology(スウェーデン)
• [雑誌論文] An expressive and modular layer activation mechanism for Context-Oriented Programming (2023)
  • 著者名/発表者名: Paul Leger and Nicolas Cardozo and Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Journal of Information and Software Technology 巻: 156 ページ: 107132-107132
  • DOI: 10.1016/j.infsof.2022.107132
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] BatakJava: an Object-Oriented Programming Language with Versions (2022)
  • 著者名/発表者名: Lubis Luthfan Anshar, Yudai Tanabe, Tomoyuki Aotani, Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Proceedings of the 15th ACM SIGPLAN International Conference on Software Language Engineering 巻: - ページ: 222-234
  • DOI: 10.1145/3567512.3567531
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Approach to Collecting Object Graphs for Data-structure Live Programming Based on a Language Implementation Framework (2022)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Takahashi, Yusuke Izawa, Hidehiko Masuhara, Youyou Cong
  • 雑誌名: Journal of Information Processing 巻: 30 号: 0 ページ: 451-463
  • DOI: 10.2197/ipsjjip.30.451
  • ISSN: 1882-6652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Towards Efficient Adjustment of Effect Rows (2022)
  • 著者名/発表者名: Naoya Furudono and Youyou Cong and Hidehiko Masuhara and Daan Leijen
  • 雑誌名: Trends in Functional Programming, Lecture Notes in Computer Science 巻: 13401 ページ: 169-191
  • DOI: 10.1007/978-3-031-21314-4_9
  • ISBN: 9783031213137, 9783031213144
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sound and Complete Type Inference for Closed Effect Rows (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Ikemori and Youyou Cong and Hidehiko Masuhara and Daan Leijen
  • 雑誌名: Trends in Functional Programming, Lecture Notes in Computer Science 巻: 13401 ページ: 144-168
  • DOI: 10.1007/978-3-031-21314-4_8
  • ISBN: 9783031213137, 9783031213144
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Threaded Code Generation with a Meta-Tracing JIT Compiler. (2022)
  • 著者名/発表者名: Izawa Yusuke、Masuhara Hidehiko、Bolz-Tereick Carl Friedrich、Cong Youyou
  • 雑誌名: The Journal of Object Technology 巻: 21 号: 2 ページ: 1-11
  • DOI: 10.5381/jot.2022.21.2.a1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Functional Programming Language with Versions (2021)
  • 著者名/発表者名: Yudai Tanabe and Lubis Luthfan Anshar and Tomoyuki Aotani and Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: The Art, Science, and Engineering of Programming 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.22152/programming-journal.org/2022/6/5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Signal Classes: A Mechanism for Building Synchronous and Persistent Signal Networks (2021)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Kamina and Tomoyuki Aotani and Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Proceedings of the 35th European Conference on Object-Oriented Programming (ECOOP 2021), Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPICS) 巻: 194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amalgamating different JIT compilations in a meta-tracing JIT compiler framework (2020)
  • 著者名/発表者名: Izawa Yusuke、Masuhara Hidehiko
  • 雑誌名: Proceedings of the 16th ACM SIGPLAN International Symposium on Dynamic Language (DLS'20) 巻: - ページ: 1-15
  • DOI: 10.1145/3426422.3426977
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfaces for Modular Reasoning in Context-Oriented Programming (2020)
  • 著者名/発表者名: Leger Paul、Masuhara Hidehiko、Figueroa Ismael
  • 雑誌名: Proceedings of the 12th International Workshop on Context-Oriented Programming and Advanced Modularity (COP 2020), 巻: . ページ: 1-7
  • DOI: 10.1145/3422584.3423152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lift中間言語における動的長配列の追加. (2020)
  • 著者名/発表者名: 新美和生, 増原英彦.
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌:プログラミング 巻: 13(3) ページ: 1-12
  • NAID: 170000182021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extending a meta-tracing compiler to mix method and tracing compilation (2019)
  • 著者名/発表者名: Izawa Yusuke、Masuhara Hidehiko、Aotani Tomoyuki
  • 雑誌名: Proceedings of the Workshop on Modern Language Runtimes, Ecosystems, and VMs (MoreVMs'19) in Proceedings of the Conference Companion of the 3rd International Conference on Programming, 巻: . ページ: 1-3
  • DOI: 10.1145/3328433.3328439
  • 査読あり
• [雑誌論文] A shell-like model for general purpose programming (2019)
  • 著者名/発表者名: Adkisson Jeanine Miller、Westlund Johannes、Masuhara Hidehiko
  • 雑誌名: Proceedings of the Workshop on Modern Language Runtimes, Ecosystems, and VMs (MoreVMs'19) in Proceedings of the Conference Companion of the 3rd International Conference on Programming, 巻: . ページ: 1-7
  • DOI: 10.1145/3328433.3328444
  • 査読あり
• [雑誌論文] Massively parallel GPU memory compaction (2019)
  • 著者名/発表者名: Matthias Springer, Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Proceedings of the 2019 ACM SIGPLAN International Symposium on Memory Management 巻: - ページ: 14-26
  • DOI: 10.1145/3315573.3329979
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] DynaSOAr: A parallel memory allocator for object-oriented programming on GPUs with efficient memory access. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matthias Springer and Hidehiko Masuhara.
  • 雑誌名: Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPICS), 巻: 134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extending a meta-tracing compiler to mix method and tracing compilation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Izawa, Hidehiko Masuhara, Tomoyuki Aotani
  • 雑誌名: Proceedings of the Workshop on Modern Language Runtimes, Ecosystems, and VMs (MoreVMs'19) 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] A shell-like model for general purpose programming (2019)
  • 著者名/発表者名: Jeanine Miller Adkisson, Johannes Westlund, Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Proceedings of the Workshop on Modern Language Runtimes, Ecosystems, and VMs: Track on Programming Across the System Stack (MoreVMs/PASS'19) 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Massively parallel GPU memory compaction (2019)
  • 著者名/発表者名: Matthias Springer and Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Proceedings of the ACM SIGPLAN International Symposium on Memory Management (ISMM' 19) 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] DynaSOAr: A parallel memory allocator for object-oriented programming on GPUs with efficient memory access (2019)
  • 著者名/発表者名: Matthias Springer and Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Proceedings of of European Conference on Object-Oriented Programming (ECOOP'19) 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inner array inlining for structure of arrays layout (2018)
  • 著者名/発表者名: Matthias Springer, Yaozhu Sun, Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Proceedings of the 5th ACM SIGPLAN International Workshop on Libraries, Languages, and Compilers for Array Programming (ARRAY@PLDI 2018) 巻: - ページ: 50-58
  • DOI: 10.1145/3219753.3219760
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Context-Oriented Programming Approach to Dependency Hell (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanabe Yudai、Aotani Tomoyuki、Masuhara Hidehiko
  • 雑誌名: COP '18 巻: 1 ページ: 14-8
  • DOI: 10.1145/3242921.3242923
  • 査読あり
• [雑誌論文] Live, synchronized, and mental map preserving visualization for data structure programming (2018)
  • 著者名/発表者名: Akio Oka, Hidehiko Masuhara, Tomoyuki Aotani
  • 雑誌名: Proceedings of the 2018 ACM SIGPLAN International Symposium on New Ideas, New Paradigms, and Reflections on Programming and Software, Onward! 2018 巻: - ページ: 72-87
  • DOI: 10.1145/3276954.3276962
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stochastic energy optimization for mobile GPS applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Anthony Canino, Yu David Liu, Hidehiko Masuhara
  • 雑誌名: Proceedings of the 2018 26th ACM Joint Meeting on European Software Engineering Conference and Symposium on the Foundations of Software Engineering, ESEC/FSE 2018 巻: - ページ: 703-713
  • DOI: 10.1145/3236024.3236076
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Interpreter Taming to Realize Multiple Compilations in a Meta-Tracing JIT Compiler Framework (2023)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Izawa and Hidehiko Masuhara and Carl Friedrich Bolz-Tereick
  • 学会等名: The MoreVMs Workshop 2023
  • 国際学会
• [学会発表] How Many Mutex Bugs can a Simple Analysis Find in Go Programs? (2022)
  • 著者名/発表者名: Fumi Takeuchi, Hidehiko Masuhara, Raffi Khatchadourian, Youyou Cong, Keisuke Ishibashi
  • 学会等名: The 39th JSSST Annual Conference
• [学会発表] Supporting Multiple Inheritance in an Object-Oriented DSL for GPGPU by Class Hierarchy Transformation (2022)
  • 著者名/発表者名: Fathul Asrar Alfansuri, Hidehiko Masuhara, Lubis Luthfan Anshar, Youyou Cong
  • 学会等名: The 39th JSSST Annual Conference
• [学会発表] A Step toward Programming with Versions in Real-World Functional Languages (2022)
  • 著者名/発表者名: Yudai Tanabe, Lubis Luthfan Anshar, Tomoyuki Aotani, Hidehiko Masuhara
  • 学会等名: International Workshop on Context-Oriented Programming and Advanced Modularity (COP 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient Object Graph Recording with Truffle for Live Data-Structure Programming (2022)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Takahashi, Yusuke Izawa, Hidehiko Masuhara, Youyou Cong
  • 学会等名: The Truffle/GraalVM Languages Workshop (Truffle 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Taming an Interpreter for Threaded Code Generation with a Tracing JIT Compiler (2022)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Izawa, Hidehiko Masuhara
  • 学会等名: The Workshop on Implementation, Compilation, Optimization of OO Languages, Programs and Systems (ICOOOLPS'22)
  • 国際学会
• [学会発表] High-Level Programming Abstractions for GPGPU (2022)
  • 著者名/発表者名: Hidehiko Masuhara
  • 学会等名: The 27th Workshop on Compiler Techniques and System Software for High-Performance and Embedding Computing (CTHPC 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Intrinsically-Typed Interpreters for Effectful Languages (2022)
  • 著者名/発表者名: Syouki Tsuyama and Youyou Cong and Hidehiko Masuhara
  • 学会等名: The 1st Workshop on the Implementation of Type Systems (WITS 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Two-level Just-in-Time Compilation with One Interpreter and One Engine (2022)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Izawa and Hidehiko Masuhara and {Carl Friedrich} Bolz-Tereick
  • 学会等名: The ACM SIGPLAN Workshop on Partial Evaluation and Program Manipulation (PEPM 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Towards an Automated Code Rewriting Tool for Alleviating Concurrency Problems in the {Go} Programming Language (2021)
  • 著者名/発表者名: Fumi Takeuchi and Hidehiko Masuhara and Raffi Khatchadourian and Youyou Cong
  • 学会等名: The 38th JSSST Annual Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Contextual Polymorphism Meets Bidirectional Effects (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Niimi and Youyou Cong and Hidehiko Masuhara and Jonathan Immanuel Brachthaeuser
  • 学会等名: Workshop on Type-Driven Development 2021 (TyDe 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Threaded Code Generation with a Meta-tracing JIT Compiler (2021)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Izawa and Hidehiko Masuhara and {Carl Friedrich} Bolz-Tereick and Youyou Cong
  • 学会等名: ICOOOLPS 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Nested Object Support in a Structure-of-Arrays Dynamic Objector Allocator (2021)
  • 著者名/発表者名: Jizhe Chenxin and Hidehiko Masuhara
  • 学会等名: The ARRAY 2021 Workshop, co-located with PLDI
  • 国際学会
• [学会発表] データ構造ライブプログラミングのための言語実現フレームワークに基づくオブジェクトグラフ収集手法 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 修祐 and 伊澤 侑祐 and 増原 英彦 and 叢 悠悠
  • 学会等名: 情報処理学会第136回プログラミング研究会
• [学会発表] 型安全性の証明付きインタプリタのための汎用ライブラリの実装へ向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 津山 勝輝 and 叢 悠悠 and 増原 英彦
  • 学会等名: 日本ソフトウェア科学会第38回大会
• [学会発表] WebAssemblyを対象にしたSchemeコンパイラの作成に向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒井 滉平 and 増原 英彦 and 叢 悠悠
  • 学会等名: 日本ソフトウェア科学会第38回大会
• [学会発表] 言語実現フレームワークに基づく汎言語的オブジェクトグラフ収集手法 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 修祐 and 伊澤 侑祐 and 増原 英彦 and 叢 悠悠
  • 学会等名: 情報処理学会第135回プログラミング研究会
• [学会発表] An interpreter design for supporting different JIT compilations in RPython framework. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Izawa, Hidehiko Masuhara, and Youyou Cong.
  • 学会等名: The 23rd JSSST Workshop on Programming and Programming Languages,
• [学会発表] Koka言語に対するエフェクト割り当て最適化. (2021)
  • 著者名/発表者名: Naoya Furudono, Youyou Cong, and Hidehiko Masuhara.
  • 学会等名: 第23回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ(PPL2021),
• [学会発表] 代数的エフェクトを特徴に持つ計算体系へのエフェクト強制の導入と健全性の証明. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Ikemori, Youyou Cong and Hidehiko Masuhara.
  • 学会等名: 第23回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ(PPL2021),
• [学会発表] Effekt言語の双方向エフェクトによる拡張. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Niimi, Youyou Cong, and Hidehiko Masuhara.
  • 学会等名: 第23回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ(PPL2021),
• [学会発表] Object support for GPU programming: Why and how. (Keynote Talk) (2020)
  • 著者名/発表者名: Hidehiko Masuhara.
  • 学会等名: the 18th Asian Symposium on Programming Languages and Systems (APLAS 2020)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Managing persistent signals using signal classes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Kamina, Tomoyuki Aotani, and Hidehiko Masuhara.
  • 学会等名: the 7th Workshop on Reactive and Event-based Languages and Systems (REBLS 2020).
  • 国際学会
• [学会発表] Making different JIT compilations dancing to the same tune, acting in the meta-level. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Izawa and Hidehiko Masuhara.
  • 学会等名: The 22nd JSSST Workshop on Programming and Programming Languages,
• [学会発表] Object-oriented programming with versions. (2020)
  • 著者名/発表者名: Lubis Luthfan Anshar, Yudai Tanabe, Tomoyuki Aotani, and Hidehiko Masuhara.
  • 学会等名: The 22nd JSSST Workshop on Programming and Programming Languages,
• [学会発表] Sanajeh: a DSL for GPGPU programming with Python objects. (2020)
  • 著者名/発表者名: Jizhe Chenxin, Hidehiko Masuhara, and Matthias Springer.
  • 学会等名: The 22nd JSSST Workshop on Programming and Programming Languages,
• [学会発表] Lift中間言語における動的長配列の追加. (2020)
  • 著者名/発表者名: 新美和生, 増原英彦.
  • 学会等名: 情報処理学会第127回プログラミング研究会2019-4-(8),
• [学会発表] コエフェクト多相性に基づいた版多相性の実現. (2020)
  • 著者名/発表者名: 田辺裕大, Lubis Luthfan Anshar, 青谷知幸, 増原英彦.
  • 学会等名: 第22回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ(PPL2020),
• [学会発表] On defining recursive functions in live data structure programming (2019)
  • 著者名/発表者名: Akio Oka, Hidehiko Masuhara, Tomoyuki Aotani
  • 学会等名: 日本ソフトウェア科学会プログラミング論研究会
• [学会発表] Programming experiences with a live programming environment for data structures (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidehiko Masuhara, Akio Oka, Tomoki Ogushi
  • 学会等名: International Conference on the Art, Science, and Engineering of Programming (<Programming>'19)
  • 国際学会
• [学会発表] A shell-like model for general purpose programming (2019)
  • 著者名/発表者名: Jeanine Miller Adkisson, Johannes Westlund, Hidehiko Masuhara
  • 学会等名: 情報処理学会第122回プログラミング研究会
• [学会発表] プロファイル型プログラム合成によるGPGPUプログラムの半自動最適化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 蟹暁, 増原英彦, 青谷知幸
  • 学会等名: 日本ソフトウェア科学会プログラミング論研究会
• [学会発表] バージョン付きモジュールシステムの提案 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田辺裕大, 青谷知幸, 増原英彦
  • 学会等名: 日本ソフトウェア科学会プログラミング論研究会
• [学会発表] コエフェクト計算に基づく量化型の再形式化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田辺裕大, Lubis Luthfan Anshar, 青谷知幸, 増原英彦
  • 学会等名: 情報処理学会第124回プログラミング研究会
• [学会発表] Narratives for multi-party mechanisms and concerns (2018)
  • 著者名/発表者名: Robert Hirschfeld, Tobias Durschmid, Patrick Rein, Marcel Taeumel, Hidehiko Masuhara
  • 学会等名: 日本ソフトウェア科学会大会
• [学会発表] GPGPUプログラム最適化のためのプログラム合成器とその適用手法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 蟹暁, 朝倉泉, 増原英彦, 青谷知幸
  • 学会等名: The 3rd cross-disciplinary Workshop on Computing Systems, Infrastructures, and Programming (xSIG 2018)
• [学会発表] Automated refactoring of legacy Java software to default methods (2018)
  • 著者名/発表者名: Raffi Khatchadourian, 増原英彦
  • 学会等名: 第17回情報科学技術フォーラム
  • 招待講演
• [備考] Sanajeh
  • URL: https://prg.is.titech.ac.jp/projects/gpgpu/sanajeh-2/
• [備考] Adaptive RPython
  • URL: https://prg.is.titech.ac.jp/projects/runtime-compilation/baccaml/
• [備考] Version Programming
  • URL: https://prg.is.titech.ac.jp/projects/context-oriented-programming/version-programming/
• [備考] Adaptive COP Interface
  • URL: https://prg.is.titech.ac.jp/projects/context-oriented-programming/interface/
• [備考] Kanon
  • URL: https://prg.is.titech.ac.jp/projects/software-development-environment/kanon/
• [備考] DynaSOAr: A CUDA Framework for SMMO Applications
  • URL: https://github.com/prg-titech/dynasoar
• [備考] KaniCUDA
  • URL: https://github.com/prg-titech/Kani-CUDA
• [備考] BacCaml: The Meta-Hybrid Just-In-Time Compiler
  • URL: https://github.com/prg-titech/baccaml