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深層学習と経験的手法の協調によるメモリアクセス最適化プログラムの自動合成

研究課題

研究課題/領域番号 19K11874
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分60040:計算機システム関連
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

佐藤 幸紀  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30452113)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワードメモリアクセス最適化 / 性能モデル / ハード・ソフト協調設計 / 深層学習と経験的手法 / プログラム自動合成
研究開始時の研究の概要

近年の深層学習技術の進展は目覚ましい反面、これらの成果を社会に幅広く展開するためには性能・電力・コストの面で最適化された深層学習処理向けのシステムアーキテクチャを探求していくことが急務である。このような状況の下、ハード・ソフトにまたがる広大なアーキテクチャ設計空間に対して深層学習を活用し、既存の高位最適化コンパイラに実装されている経験的手法と協調しながら動作する最適化器の自動合成を試みる。実環境での観測に基づく大量の教師学習データに駆動される形で対応可能となる最適化器の自動合成法を研究開発することにより、深層学習向けシステムアーキテクチャ技術の本質を追求していくことを目指す。

研究成果の概要

メモリアクセス最適化プログラムの自動合成を目指して、深層学習と経験的手法を協調させつつ最適化を適応することに取り組んだ。深層学習に関しては、実行コードレベルの最適化と親和性が高いグラフニューラルネットワークを活用した最適化の可能性の調査やプロトタイプ実装の実施を行い、今後の研究の発展につながる知見を得ることができた。メモリ階層を考慮した性能モデルとしてPolyhedralモデルやキャッシュシミュレータを活用した経験的手法による最適化に関しては、実践的な性能解析ツールやメモリ信頼性判定シミュレータの基盤技術として応用可能であるという知見が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年の深層学習技術の進展は目覚ましい反面、これらの成果を社会に幅広く展開するためには性能・電力・コストの面で最適化された深層学習処理向けのシステムアーキテクチャを探求していくことが急務である。このような状況の下、ハード・ソフトにまたがる広大なアーキテクチャ設計空間に対して最適化を行う機構の自動合成を目指すのが本研究の目的であった。プログラマによる手作業では手に負えなくなる規模の複雑かつ明示的で緻密な場合分けが必要となる最適化であっても、経験的手法を性能モデルと連携する形で拡張させていくことにより自動化できる可能性が示された。

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] ベリファイ機構を搭載したVC-MRAMに対するシステムレベルシミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      斉藤 大貴, 広渕 崇宏, 荒井 礼子, 佐藤 幸紀
    • 雑誌名

      The 6th cross-disciplinary Workshop on Computing Systems, Infrastructures, and Programming (xSIG 2022)

      巻: - ページ: 1-10

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A simulation of a memory subsystem using a highly energy-efficient but erroneous MRAM2021

    • 著者名/発表者名
      Saito Daiki、Hirofuchi Takahiro、Arai Hiroko、Sato Yukinori
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2021 Ninth International Symposium on Computing and Networking Workshops (CANDARW)

      巻: 1 ページ: 120-126

    • DOI

      10.1109/candarw53999.2021.00027

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thread-Aware Cache Simulator for HPC Application Tuning2021

    • 著者名/発表者名
      Chugo Kazuki、Sato Yukinori
    • 雑誌名

      In Proceedings of 12th International Workshop on Advances in Networking and Computing (WANC 2021)

      巻: - ページ: 424-428

    • DOI

      10.1109/candarw53999.2021.00078

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ベリファイ機構を搭載したVC-MRAMに対するシステムレベルシミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      斉藤 大貴, 広渕 崇宏, 荒井 礼子, 佐藤 幸紀
    • 学会等名
      The 6th cross-disciplinary Workshop on Computing Systems, Infrastructures, and Programming (xSIG 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] A simulation of a memory subsystem using a highly energy-efficient but erroneous MRAM2021

    • 著者名/発表者名
      Daiki Saito, Takahiro Hirofuchi, Hiroko Arai, Yukinori Sato
    • 学会等名
      9th International Workshop on Computer Systems and Architectures (CSA 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thread-Aware Cache Simulator for HPC Application Tuning2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Chugo, Yukinori Sato
    • 学会等名
      12th International Workshop on Advances in Networking and Computing (WANC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Online Trace-Driven Cache Simulator for ARM-Based Supercomputers2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Chugo, Yukinori Sato
    • 学会等名
      Poster presentation, IEEE Symposium on Low-Power and High-Speed Chips and Systems (COOL Chips 24)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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