| 研究課題/領域番号 |
20K19776
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分60050:ソフトウェア関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
小柴 篤史 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 特別研究員 (20845771)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | FPGA / クラウドコンピューティング / ユニカーネル / 負荷分散 / ライブマイグレーション / クラウド |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、データセンタなどのクラウド環境におけるプログラマブルロジック(FPGA)の利用効率向上を目的として、FPGAタスクの軽量なライブマイグレーション技術を提案する。提案方式では、FPGAタスクを軽量なライブラリOS(ユニカーネル)を用いて仮想マシンモニタ(VMM)上で直接稼働する。これによりハード/ソフト両方の挙動をVMMから低コストで監視・制御可能になり、タスク単位の高速なライブマイグレーションが実現できる。本マイグレーション技術を用いてマシン/FPGAの負荷状況に適したタスクの再配置方式を考案し、クラウドFPGAクラスタの高効率な負荷分散方式を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
初年度である本年度では、提案方式の実装・評価環境の構築および提案方式の優位性の検証を行った。まず、評価環境の構築について、データセンタ向けFPGAカードが接続されたx86サーバマシンを2台用意し、それらを同一ネットワークに接続して、更に代表的な仮想化ソフトウェアであるKVMハイパーバイザを導入した。これにより、仮想FPGAインスタンスを提供するクラウドサーバを想定した評価環境を構築した。次に本環境において、マイグレーション機能のないFPGAサーバにおけるアプリケーションの性能評価を行い、提案方式の優位性を検証した。具体的には、FPGAを利用する複数のアプリケーションを同じFPGA上で時分割方式で実行した時の処理時間を解析した。その結果、アプリケーションの切り替え時に必要となるFPGA回路の動的再構成によって、切り替えごとに数秒単位のオーバヘッドが生じることが確認された。このオーバヘッドは、提案するマイグレーション方式を実現することで低減することができる。これにより、提案方式によってFPGAアプリケーションの実行性能を向上できることを明らかにした。
申請者の海外転勤に伴い、本研究課題は今年度で一時中断となるが、帰国後に再開する予定である。再開後は、本年度に構築したクラウドFPGAサーバ環境を用いて、引き続き提案方式を実現する機能の設計やシステム実装、評価を進める予定である。また、得られた研究成果を国内研究会や国際会議で発表・報告する予定である。
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