オンチップ・スーパーコンピューティングを可能にするメニーコア・プロセッサの研究

• 研究課題/領域番号: 21680005
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 計算機システム・ネットワーク
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 井上 弘士 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 准教授 (80341410)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円); 2012年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2011年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2010年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2009年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
• キーワード: メニーコア / 3次元積層 / 高性能計算 / 3次元LSI / ﾊｲﾊﾟﾌｫｰﾏﾝｽｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨﾝｸﾞ / 低消費電力 / 動的最適化 / ハイパフォーマンスコンピューティング

研究概要

本研究では、高性能かつ低消費電力な3次元積層メニーコア・プロセッサを見据えたアーキテクチャ技術を開発した。主な成果として、(1)3次元積層LSIにおいて大きな問題となる発熱に着目した性能評価、(2)複数のコアが強調して動作することで性能を改善する新しいメニーコア向け実行方式の確立、(3)メモリ性能を大幅に改善するキャッシュメモリ構成法の確立、ならびに、(4)将来のスーパーコンピュータの実現を見据えたインターコネクト・シミュレータの開発、などの成果を挙げることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Line Sharing Cache: Exploring Cache Capacity with Frequent Line Value Locality (2013)
  • 著者名/発表者名: Keitarou Oka, Hiroshi Sasaki, and Koji Inoue
  • 雑誌名: 18th Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC) 巻: 18th
  • NAID: 110009712396
  • 査読あり
• [雑誌論文] データ値の局所性を利用したライン共有キャッシュ (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡慶太郎,佐々木広,阿部祐希,井上弘士,村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌 巻: Vol.5, No.4 ページ: 36-47
  • NAID: 40019469375
  • 査読あり
• [雑誌論文] 並列処理性能向上を目的としたマルチコア向けヘルパースレッド実行法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福本尚人, 佐々木広, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌 コンピューティングシステム（ACS） 巻: Vol.5, No.3 ページ: 101-111
  • NAID: 40019469301
  • 査読あり
• [雑誌論文] パケットペーシングを用いた集団通信に対するロード／ネットワークインバランスの影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柴村英智, 三輪英樹, 三吉郁夫, 井上弘士
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: Vol.2012-HPC-135, No.2 ページ: 1-8
• [雑誌論文] Improving performance and energy efficiency of embedded processors via post-fabrication instruction set customization (2012)
  • 著者名/発表者名: Hamid Noori, Farhad Mehdipour, Koji Inoue, and Kazuaki Murakami
  • 雑誌名: The Journal of Supercomputing 巻: Vol.60, No.2 ページ: 196-222
  • 査読あり
• [雑誌論文] データ値の局所性を利用したライン共有キャッシュ (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡慶太郎, 佐々木広, 阿部祐希, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌 コンピューティングシステム（ACS） 巻: Vol.5, No.4 ページ: 36-47
  • NAID: 40019469375
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power and Performance Analysis of GPU-Accelerated Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Abe, Hiroshi Sasaki, Martin Peres, Koji Inoue, Kazuaki Murakami, and Shinpei Kato
  • 雑誌名: The 2012 Workshop on Power-Aware Computing and Systems 巻: 2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3次元積層SRAM/DRAMハイブリッド・キャッシュ (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野伸也, 橋口慎哉, 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌ACS 巻: Vol.5 No.1 ページ: 41-52
  • NAID: 170000065683
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimizing Power-Performance Trade-off for Parallel Applications through Dynamic Core-count and Frequency Scaling (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Imamura, Hiroshi Sasaki, Naoto Fukumoto, Koji Inoue, Kazuaki Murakami
  • 雑誌名: 2nd Workshop on Runtime Environments/Systems, Layering, and Virtualized Environments (RESoLVE '12) 巻: (CD-R)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Barrier Synchronization for 2D Meshed NoC-based Many-core Processors (2012)
  • 著者名/発表者名: Lovic Gauthier, Farhad Mehdipour, Koji Inoue, Shinya Ueno, Hiroshi Sasaki
  • 雑誌名: The 17th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies ページ: 510-515
  • 査読あり
• [雑誌論文] NSIM: An Interconnection Network Simulator for Extreme-Scale Parallel Computers (2011)
  • 著者名/発表者名: Hideki MIWA Ryutaro SUSUKITA Hidetomo SHIBAMURA Tomoya HIRAO Jun MAKI Makoto YOSHIDA Takayuki KANDO Yuichiro AJIMA Ikuo MIYOSHI Toshiyuki SHIMIZU Yuji OINAGA Hisashige ANDO Yuichi INADOMI Koji INOUEMutsumi AOYAGI Kazuaki MURAKAMI
  • 雑誌名: IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems 巻: Vol.E94-D,No.12 ページ: 2298-2308
  • NAID: 10030537851
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大規模スーパコンピュータ向けシステム性能評価環境の構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上弘士,安藤壽茂,薄田竜太郎,山村周史,柴村英智,三輪英樹,本田宏明,稲富雄一,眞木淳,平尾智也,青柳睦,村上和彰,石附茂,小松秀実,安島雄一郎,三吉郁夫,清水俊幸,黒川原佳
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌コンピューティングシステム 巻: Vol.4,No.1 ページ: 1-23
  • NAID: 170000064737
  • 査読あり
• [雑誌論文] NSIM : An Interconnection Network Simulator for Extreme-Scale Parallel Computers (2011)
  • 著者名/発表者名: Hideki MIWA, Ryutaro SUSUKITA, Hidetomo SHIBAMURA, Tomoya HIRAO, Jun MAKI, Makoto YOSHIDA, Takayuki KANDO, Yuichiro AJIMA, Ikuo MIYOSHI, Toshiyuki SHIMIZU, Yuji OINAGA, Hisashige ANDO, Yuichi INADOMI, Koji INOUE, Mutsumi AOYAGI, Kazuaki MURAKAMI
  • 雑誌名: IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems 巻: Vol.E94-D No.12 ページ: 2298-2308
  • NAID: 10030537851
  • 査読あり
• [雑誌論文] 演算/メモリ性能バランスを考慮したマルチコア向けオンチップメモリ貸与法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌コンピューティングシステム(ACS) 巻: Vol.4,No.3 ページ: 66-76
  • NAID: 120006654803
  • 査読あり
• [雑誌論文] データ値の局所性を利用したライン共有キャッシュの提案 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡慶太郎, 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: 2011-ARC-188(Web)
  • NAID: 110008583230
• [雑誌論文] 稼働コア数制限に基づくマルチコアプロセッサ性能向上手法の提案 (2011)
  • 著者名/発表者名: 今村智史, 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: 2011-ARC-188(Web)
  • NAID: 110008583217
• [雑誌論文] 演算/メモリ性能バランスを考慮したマルチコア向けオンチップメモリ貸与法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム ページ: 130-139
  • NAID: 120006654803
  • 査読あり
• [雑誌論文] 温度制約を考慮した積層構造マルチコア・プロセッサの性能評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 花田高彬, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: Vol.110, No.380 ページ: 51-56
  • NAID: 110008675953
• [雑誌論文] Aodesign scheme for a reconfigurable accelerator implemented by single-flux quantum circuits (2011)
  • 著者名/発表者名: Farhad Mehdipour, Hiroaki Honda, Koji Inoue, Hiroshi Kataoka, Kazuaki Murakami
  • 雑誌名: Journal of Systems Architecture-Embedded Systems Design 巻: 57(1) ページ: 169-179
  • 査読あり
• [雑誌論文] SRAM/DRAMハイブリッド・キャッシュにおける実行時動作モード決定法の提案 (2011)
  • 著者名/発表者名: 橋口慎哉, 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: 2011-ARC-193, No.9 ページ: 1-9
• [雑誌論文] パケットペーシングによる全対全通信の最適化とシミュレーション評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 柴村英智, 三輪英樹, 薄田竜太郎, 平尾智也, 安島雄一郎, 三吉郁夫, 清水俊幸, 石畑宏明, 井上弘士
  • 雑誌名: ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム ページ: 42-50
  • NAID: 40019599880
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大規模スーパコンピュータ向けシステム性能評価環境の構築,情報処理学会論文誌コンピューティングシステム (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上弘士, 安藤壽茂, 薄田竜太郎, 山村周史, 柴村英智, 三輪英樹, 本田宏明, 稲富雄一, 眞木淳, 平尾智也, 青柳睦, 村上和彰, 石附茂, 小松秀実, 安島雄一郎, 三吉郁夫, 清水俊幸, 黒川原佳
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌コンピューティングシステム 巻: Vol.4, No.1 ページ: 1-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3次元積層プロセッサ・アーキテクチャの研究動向 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上弘士
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: 2011-ARC-193, No.9 ページ: 1-4
• [雑誌論文] NSIM:将来の大規模相互結合網を対象とした通信シミュレータの開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 三輪英樹, 薄田竜太郎, 柴村英智, 平尾智也, 眞木淳, 稲富雄一, 井上弘士, 安島雄一郎, 三吉郁夫, 清水俊幸, 安藤壽茂
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: Vol.2010-HPC-125, Np.5 ページ: 1-9
  • NAID: 110007995484
• [雑誌論文] パケットペーシングを用いた最適全対全通信アルゴリズムのシミュレーション評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 柴村英智, 三輪英樹, 薄田竜太郎, 平尾智也, 安島雄一郎, 三吉郁夫, 清水俊幸, 石畑宏明, 井上弘士
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: Vol.2010-HPC-126, No.14 ページ: 1-9
  • NAID: 110007995502
• [雑誌論文] クラウド環境によるOpenNSIMインターコネクトシミュレーションサービス (2010)
  • 著者名/発表者名: 柴村英智, 薄田竜太郎, 平尾智也, 吉田真, 神戸隆行, 三輪英樹, 三吉郁夫, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: Vol.2010-HPC-128, No.15 ページ: 1-9
  • NAID: 110007997697
• [雑誌論文] マルチコア向けオンチップメモリ貸与法における実行コード生成法の改善 (2010)
  • 著者名/発表者名: 福本尚人, 今里賢一, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 Vol.2010-ARC-187, No.24(e-pub)
  • NAID: 110007997624
• [雑誌論文] 命令フェッチ機構の共有に基づく低消費エネルギー化手法の提案 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上野伸也, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 電子情報通信学会総合大会 ページ: 108-108
• [雑誌論文] 演算器配列型アクセラレータの温度解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 花田高彬, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 電子情報通信学会総合大会 ページ: 109-109
• [雑誌論文] Rapid Design Space Exploration of a Reconfigurable Instruction-Set Processor (2009)
  • 著者名/発表者名: F.Mehdipour, H.Noori, K.Inoue, K.Murakami
  • 雑誌名: IEICE Trans.on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Science Vol.E92-A, No.12 ページ: 3182-3192
  • NAID: 10026861650
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reducing On-Chip DRAM Energy via Data Transfer Size Optimization (2009)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ono, Koji Inoue, Kazuaki Murakami, Kento Yoshida
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics Vol.E92-C, No.4 ページ: 433-443
  • NAID: 10026821560
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mapping Scientific Applications on a Large-Scale Data-Path Accelerator Implemented by Single-Flux Quantum (SFQ) Circuits (2009)
  • 著者名/発表者名: F.Mehdipour, H.Honda, H.Kataoka, K.Inoue, I.Kataveva, K.Murakami, H.Akaike, A.Fujimaki
  • 雑誌名: Design, Automation & Test in Europe (DATE'10) ページ: 993-996
  • NAID: 120006654664
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive Cache-Line Size Management on 3D Integrated Microprocessors (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Ono, K.Inoue, K.Murakami
  • 雑誌名: International SOC Design Conference (ISOCC'09) (CD-R)
  • 査読あり
• [雑誌論文] ALU-Array based Reconfigurable Accelerator for Energy Efficient Executions (Invited) (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Inoue, H.Noofi, F.Mehdipour, H.Noori, T.Hanada, K.Murakami
  • 雑誌名: International SOC Design Conference (ISOCC'09) (CD-R)
• [雑誌論文] Performance Balancing : Software-based On-chip Memory Management for Effective CMP ExecutionsAnalyzing the Impact of Data Prefetching on Chip MultiProcessors (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Fukumoto, K.Imazato, K.Inoue, K.Murakami
  • 雑誌名: Memory Performance Dealing with Applications, Systems, and Architecture (MEDEA'09) ページ: 28-34
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3次元積層が可能にする次世代マイクロプロセッサ・アーキテクチャ(招待) (2009)
  • 著者名/発表者名: 井上弘士
  • 雑誌名: エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム(MATE2010) ページ: 287-292
• [雑誌論文] Developing an Architecture for a Single-Flux Quantum Based Reconfigurable Accelerator (2009)
  • 著者名/発表者名: F.Mehdipour, H.Honda, H.Kataoka, K.Inoue, K.Murakami
  • 雑誌名: IEICE Technical Report ICD2009-111 ページ: 99-104
  • NAID: 110008001226
• [雑誌論文] 大規模再構成可能データパスにおける実行前処理削減方式の検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 片岡広志, 本田宏明, FarhadMehdipour, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 2009-ARC-186(e-pub)
  • NAID: 110007997605
• [雑誌論文] 3次元DRAM-プロセッサ積層実装を対象としたオンチップ・メモリ・アーキテクチャの提案と評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 橋口慎哉, 小野貴継, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 Vol.2009-ARC-183, No.16(e-pub)
  • NAID: 110007995279
• [雑誌論文] 適応的ヘルパースレッド実行に基づくマルチコア向け演算/メモリ性能バランシング (2009)
  • 著者名/発表者名: 今里賢一, 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 Vol.2009-ARC-183, No.16(e-pub)
  • NAID: 110007995287
• [学会発表] On the Power and Performance Analysis of GPU-Accelerated Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Abe, Hiroshi Sasaki, Koji Inoue, Kazuaki Murakami, and Shinpei Kato
  • 学会等名: Poster Session, USENIX Annual Technical Conference
• [学会発表] 3D memory architecture (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Inoue
  • 学会等名: D43D : 3rd Design for 3D Silicon Integration Workshop
  • 発表場所: Grenoble, France(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-30
• [学会発表] 3次元積層LSIはメインストリームになり得るか? (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上弘士
  • 学会等名: 情報処理学会研究報告
  • 発表場所: 東京(パネル討論)
  • 年月日: 2011-01-20
• [学会発表] 3D memory architecture (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Inoue
  • 学会等名: D43D: 3rd Design for 3D Silicon Integration Workshop
• [学会発表] Adaptive Execution on 3D Microprocessors (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Inoue
  • 学会等名: 11th International Forum on Embedded MPSoC and Multicore
• [学会発表] OpenNSIM : Interconnect Simulator toward Next-Generation Supercomputers (2010)
  • 著者名/発表者名: R.Susukita, et al.
  • 学会等名: The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis
  • 発表場所: アメリカ(ポスター)
  • 年月日: 2010-11-15
• [学会発表] Reducing Preprocessing Overhead Times in a Reconfigurable Accelerator of Finite Difference Applications (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kataoka, Hiroaki Honda, Farhad Mehdipour, Koji Inoue, Kazuaki Murakami
  • 学会等名: In Proc.Symp.on Application Accelerators in High Performance Computing
  • 発表場所: アメリカ(ポスター)
  • 年月日: 2010-07-13
• [学会発表] SRAM/DRAM Hybrid Cache Architecture and Its Adaptive Optimization for 3D Integrated Microprocessors (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Hashiguchi, T.Ono, K.Inoue, K.Murakami
  • 学会等名: Poster Session, Fifteenth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems
  • 発表場所: 米国(ピッツバーグ)
• [学会発表] High-Performance, Low-Energy Embedded Computing Platform with ALU-Array based Accelerator (2010)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Hanada, Shinya Ueno, Hamid Noofi, Farhad Mehdipour, Koji Inoue, Kazuaki Murakami
  • 学会等名: Poster Session : Designing for Embedded Parallel Computing Platforms : Architectures, Design Tools, and Applications
  • 発表場所: ドイツ(ドレスデン)
• [学会発表] On the Power and Performance Analysis of GPU-Accelerated Systems
  • 著者名/発表者名: Yuki Abe
  • 学会等名: USENIX Annual Technical Conference
  • 発表場所: アメリカ合衆国マサチューセッツ州ボストン