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機械学習向けハードウェアとの親和性が高い連立一次方程式の解法

研究課題

研究課題/領域番号 18H03248
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60090:高性能計算関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

横田 理央  東京工業大学, 学術国際情報センター, 准教授 (20760573)

研究分担者 大島 聡史  名古屋大学, 情報基盤センター, 准教授 (40570081)
伊田 明弘  東京大学, 情報基盤センター, 特任准教授 (80742121)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
キーワード機械学習向けプロセッサ / 階層的低ランク近似法 / TensorCore / 高性能計算 / H行列 / 低精度演算 / テンソルコア / FPGA / Tensor Core / 機械学習向けハードウェア
研究成果の概要

計算機ハードウェアの潮流はこの10年続いてきた汎用アクセラレータの流れから,機械学習向けプロセッサと流れが変わりつつある.本研究では,機械学習向けプロセッサの得意とする低精度演算やテンソル積と親和性の高い階層的低ランク近似法に焦点をあて,次世代のハードウェアに適した線形代数ライブラリの構築を目的とする.2018年度にはテンソル積に適したデータ構造に変えるため,batched MAGMAを用いたH行列のライブラリを開発した. 2019年度にはTensorCoreを用いてH 行列の内部カーネルを高速化した.2020年度にはTensorCoreをもちいる際の精度保証と省電力の機能を追加した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

最近のコンピュータは人工知能が高速に動作するように特化しているが,環境,医療,量子,材料などの重点分野で用いられる科学技術計算をこのようなコンピュータ上でいかに高速に動作させるかは大きな課題である.本研究で提案する手法を用いることで,人工知能だけでなく,その他の多くの分野で行なう計算を次世代のコンピュータ上で高速に実行できるようになる.これから量産される高性能な人工知能専用計算機を汎用的な用途で用いることができれば,環境,医療,量子,材料の分野がますます発展することが予想される.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 20件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Sandia National Laboratories/University of Tennessee(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] KAUST(サウジアラビア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Sandia National Laboratories(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] KAUST(サウジアラビア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Tennessee/Sandia National Laboratories(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] KAUST(サウジアラビア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Lattice H-matrices for Massively Parallel Micromagnetic Simulations of Current-induced Domain Wall Motion2020

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida, Tadashi Ataka, Atsushi Furuya
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 56(4) 号: 4 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/tmag.2019.2959349

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] QR Factorization of Block Low-rank Matrices with Weak Admissibility Condition2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida, Hiroshi Nakashima, Tasuku Hiraishi, Ichitaro Yamazaki, Rio Yokota, Takeshi Iwashita
    • 雑誌名

      Journal of Information Processing

      巻: 27 号: 0 ページ: 831-839

    • DOI

      10.2197/ipsjjip.27.831

    • NAID

      130007762323

    • ISSN
      1882-6652
    • 関連する報告書
      2019 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] Distributed Memory Lattice H-matrix Factorization2019

    • 著者名/発表者名
      Ichitaro Yamazaki, Akihiro Ida, Rio Yokota and Jack Dongarra
    • 雑誌名

      The International Journal of High Performance Computing Applications

      巻: 33(5) 号: 5 ページ: 1046-1063

    • DOI

      10.1177/1094342019861139

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Extreme Scale FMM-Accelerated Boundary Integral Equation Solver for Wave Scattering2019

    • 著者名/発表者名
      Mustafa AbdulJabbar, Mohammed Al Farhan, Noha Al-Harthi, Rui Chen, Rio Yokota, Hakan Bagci, David Keyes
    • 雑誌名

      SIAM Journal on Scientific Computing

      巻: 4(3) 号: 3 ページ: C245-C268

    • DOI

      10.1137/18m1173599

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Highly Productive, High-Performance Application Frameworks for Post-Petascale Computing2018

    • 著者名/発表者名
      N. Maruyama, T. Aoki, K. Taura, R. Yokota, M. Wahib, M. Matsuda, K. Fukuda, T. Shimokawabe, N. Onodera, M. Muller, S. Iwasaki
    • 雑誌名

      Advanced Software Technologies for Post-Peta Scale Computing

      巻: none ページ: 77-98

    • DOI

      10.1007/978-981-13-1924-2_5

    • ISBN
      9789811319235, 9789811319242
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of Hierarchical Matrices to Large-Scale Electromagnetic Field Analyses of Coils Wound With Coated Conductors2018

    • 著者名/発表者名
      Tominaga Naoki、Mifune Takeshi、Ida Akihiro、Sogabe Yusuke、Iwashita Takeshi、Amemiya Naoyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 28 号: 3 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2017.2780821

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Distributed Memory Task-Based Block Low Rank Direct Solver2020

    • 著者名/発表者名
      Sameer Deshmukh, Rio Yokota
    • 学会等名
      ISC High Performance 2020 (Research Poster)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Randomized SVD on TensorCores2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ootomo, Rio Yokota
    • 学会等名
      ISC High Performance 2020, (Research Poster)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Mixed Precision Computing on H-Matrix Vector Multiplication in BEM Analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Rise Ooi, Takeshi Iwashita, Takeshi Fukaya, Akihiro Ida, Rio Yokota
    • 学会等名
      HPC Asia 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Distributed Memory Task-Based Block Low Rank Direct Solver2020

    • 著者名/発表者名
      Sameer Deshmukh, Rio Yokota
    • 学会等名
      HPC Asia 2020 (poster)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] QR Decomposition of Block Low-Rank Matrices2020

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Ridwan Apriansyah, Rio Yokota
    • 学会等名
      HPC Asia 2020 (poster)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Linear Algebra Based on Lattice H-Matrices2020

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida, Ichitaro Yamazaki, Rio Yokota, Satoshi Ohshima, Tasuku Hiraishi, Takeshi Iwashita, Tetsuya Hoshino, and Toshihiro Hanawa
    • 学会等名
      International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region (HPC Asia 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of Numerous Small Dense-Matrix Vector Multiplications in H-matrix Arithmetic on GPU2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ohshima, Ichitaro Yamazaki, Akihiro Ida, Rio Yokota
    • 学会等名
      Auto-Tuning for Multicore and GPU (ATMG) In conjunction with the IEEE MCSoC-19
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Distributed Memory Task-Based Block Low Rank Direct Solver2019

    • 著者名/発表者名
      Sameer Deshmukh, Rio Yokota
    • 学会等名
      HPC Asia 2020 (poster)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] QR Decomposition of Block Low-Rank Matrices2019

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Ridwan Apriansyah, Rio Yokota
    • 学会等名
      HPC Asia 2020 (poster)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Runtime System for GPU-based Hierarchical LU factorization2019

    • 著者名/発表者名
      Qianxing Ma, Rio Yokota
    • 学会等名
      The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis (poster)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] TSQR on TensorCores2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ootomo, Rio Yokota
    • 学会等名
      The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis (best poster candidate)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tensorコアを用いたTSQR2019

    • 著者名/発表者名
      大友 広幸, 横田 理央
    • 学会等名
      日本応用数理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of the Fast Micromagnetic Simulation to Thin Spintronic Devices2019

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Ataka, Akihiro Ida, Atsushi Furuya, Koichi Shimizu, Jun Fujisaki, Tomohiro Tanaka and Hirotaka Oshima
    • 学会等名
      22nd International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tensorコアを用いたBatched QR分解2019

    • 著者名/発表者名
      大友広幸, 横田理央
    • 学会等名
      第81回情報処理学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Analyzing Performance of BiCGStab with Hierarchical Matrix on GPU clusters2018

    • 著者名/発表者名
      Ichitaro Yamazaki, Ahmad Abdelfattah, Akihiro Ida, Satoshi Ohshima, Stanimire Tomov, Rio Yokota, Jack Dongarra
    • 学会等名
      32nd IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of Hierarchical Matrix Computation on GPU2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ohshima, Ichitaro Yamazaki, Akihiro Ida, Rio Yokota
    • 学会等名
      SC Asia
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerating Convolutional Neural Networks Using Low Precision Arithmetic2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Naganuma, Rio Yokota
    • 学会等名
      HPC Asia
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy Conserving Fast Multipole Methods for the Calculation of Long-range Interactions2018

    • 著者名/発表者名
      Rio Yokota
    • 学会等名
      Mathematics in Action: Modeling and analysis in molecular biology and electrophysiology
    • 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] Can we use Hierarchical Low-Rank Approximation for Deep Learning?2018

    • 著者名/発表者名
      Rio Yokota
    • 学会等名
      HPC Saudi
    • 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] Design of Parallel BEM Analyses Framework for SIMD Processors2018

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hoshino, Akihiro Ida, Toshihiro Hanawa, Kengo Nakajima
    • 学会等名
      The International Conference on Computational Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lattice H-Matrices on Distributed-Memory Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida
    • 学会等名
      32nd IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 横田研究室webpage

    • URL

      https://www.rio.gsic.titech.ac.jp/jp/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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