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Large-scale Tomography Computation

研究課題

研究課題/領域番号 21K17750
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分60090:高性能計算関連
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

陳 鵬  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (30890199)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードGPGPU / Tensor Core / Supercomputer / Image reconstruction / Computed Tomography / MPI / Image Reconstruction / Filtered Back-projection / CPU / GPU / FPGA / Ptychography / HPC / Image Processing
研究開始時の研究の概要

In this study, the applicant seeks to (1) design novel image reconstruction algorithms to push the frontier of high-resolution images with high image quality, and (2) explore the holy grail of high-resolution image reconstruction: real-time reconstruction of 3D volumes for CT scans.

研究実績の概要

To achieve large-scale tomographic imaging, we leverage cutting-edge technology, such as Nvidia GPUs and Tensor Cores, to tackle the challenge of producing high-resolution images. While traditional methods rely on supercomputers and are time-consuming, our goal is to achieve rapid and accurate results, even on smaller systems. Our innovative approach utilizes special GPU features, including Tensor Cores, to accelerate image generation without compromising quality. Additionally, we develop a system that enables multiple GPUs to collaborate, further enhancing image processing speed. Evaluations demonstrate that our approach significantly outperforms conventional methods, even with large datasets. In summary, our work effectively meets the demands of modern imaging technology.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

To achieve large-scale tomographic imaging, we utilize advanced Nvidia GPUs and Tensor Cores for rapid generation of high-resolution images. While traditional methods rely on supercomputers and are slow, our approach operates efficiently, even on smaller systems, such as 8 Nvidia A100 GPUs. By harnessing the power of GPUs, we expedite image generation without compromising quality. Our system facilitates collaboration among multiple GPUs, further enhancing processing speed. This proven method has garnered recognition in esteemed conferences and journals. In conclusion, our innovative use of Nvidia GPUs and Tensor Cores establishes a new benchmark for large-scale high-resolution tomographic imaging. Our solution is not only faster but also more efficient compared to traditional methods.

今後の研究の推進方策

Our goal is to enhance image reconstruction by optimizing computing kernels using supercomputers and various accelerators, achieving superior computational and power efficiency. We will continually leverage the latest accelerators, such as Nvidia GPUs, AMD GPUs, and FPGAs, to optimize computing kernels. Additionally, we will utilize state-of-the-art supercomputers like Fugaku and ABCI to enhance the computing capabilities for large-scale image reconstruction.

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 12件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 13件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 10件、 招待講演 16件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] A*STAR(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Evolutionary Architecture Search for Generative Adversarial Networks Based On Weight Sharing2024

    • 著者名/発表者名
      Xue Yu、Tong Weinan、Neri Ferrante、Chen Peng、Luo Tao、Zhen Liangli、Wang Xiao
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Evolutionary Computation

      巻: 1 号: 3 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/tevc.2023.3338371

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] PERKS: a Locality-Optimized Execution Model for Iterative Memory-bound GPU Applications2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Lingqi、Wahib Mohamed、Chen Peng、Meng Jintao、Wang Xiao、Endo Toshio、Matsuoka Satoshi
    • 雑誌名

      ICS '23: Proceedings of the 37th International Conference on Supercomputing

      巻: 1 ページ: 2767-2782

    • DOI

      10.1145/3577193.3593705

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Revisiting Temporal Blocking Stencil Optimizations2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Lingqi、Wahib Mohamed、Chen Peng、Meng Jintao、Wang Xiao、Endo Toshio、Matsuoka Satoshi
    • 雑誌名

      ICS '23: Proceedings of the 37th International Conference on Supercomputing

      巻: 1 ページ: 2767-2782

    • DOI

      10.1145/3577193.3593716

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Simeuro: A Hybrid CPU-GPU Parallel Simulator for Neuromorphic Computing Chips2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Huaipeng、Ho Nhut-Minh、Polat Dogukan Yigit、Chen Peng、Wahib Mohamed、Nguyen Truong Thao、Meng Jintao、Goh Rick Siow Mong、Matsuoka Satoshi、Luo Tao、Wong Weng-Fai
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems

      巻: 34 号: 10 ページ: 2767-2782

    • DOI

      10.1109/tpds.2023.3291795

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] At the locus of performance: a case study in enhancing CPUs with copious 3D-stacked cache2023

    • 著者名/発表者名
      Jens Domke, Emil Vatai, Balazs Gerofi, Yuetsu Kodama、Mohamed Wahib, Artur Podobas, Sparsh Mittal, Miquel Perics, Lingqi Zhang, Peng Chen, Aleksandr Drozd, Satoshi Matsuoka
    • 雑誌名

      ACM Transactions on Architecture and Code Optimization (TACO)

      巻: 1 ページ: 2767-2782

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] FPGAを用いたCT画像のバックプロジェクション処理の高速化に向けて2023

    • 著者名/発表者名
      真野淳平, 宮島敬明, 陳 鵬, Mohamed Wahib, 佐野健太郎
    • 雑誌名

      第201回システムとLSIの設計技術研究発表会

      巻: 2023-SLDM-201 ページ: 1-2

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exploiting Scratchpad Memory for Deep Temporal Blocking2023

    • 著者名/発表者名
      Lingqi Zhang, Mohamed Wahib, Peng Chen, Jintao Meng, Xiao Wang, Toshio Endo, Satoshi Matsuoka
    • 雑誌名

      GPGPU 2023 workshop

      巻: 8 ページ: 1-2

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Breaking the Memory Bottleneck for Iterative Memory-bound Applications Via Persistent Kernels2023

    • 著者名/発表者名
      Lingqi Zhang, Mohamed Wahib, Peng Chen, Jintao Meng, Xiao Wang, Toshio Endo, Satoshi Matsuoka
    • 雑誌名

      第188回ハイパフォーマンスコンピューティング研究発表会

      巻: 8 ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Image Gradient Decomposition for Parallel and Memory-Efficient Ptychographic Reconstruction2022

    • 著者名/発表者名
      Xiao Wang, Aristeidis Tsaris, Debangshu Mukherjee, Mohamed Wahib, Peng Chen, Mark Oxley, Olga Ovchinnikova, Jacob Hinkle
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC'22)

      巻: 8 ページ: 1-13

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Automatic Generation of High-Performance Convolution Kernels on ARM CPUs for Deep Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Meng Jintao、Zhuang Chen、Chen Peng、Wahib Mohamed、Schmidt Bertil、Wang Xiao、Lan Haidong、Wu Dou、Deng Minwen、Wei Yanjie、Feng Shenzhong
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems

      巻: - 号: 11 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1109/tpds.2022.3146257

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Boosting the predictive performance with aqueous solubility dataset curation2022

    • 著者名/発表者名
      Meng Jintao、Chen Peng、Wahib Mohamed、Yang Mingjun、Zheng Liangzhen、Wei Yanjie、Feng Shengzhong、Liu Wei
    • 雑誌名

      Scientific Data

      巻: 9 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41597-022-01154-3

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Performance portable back-projection algorithms on CPUs2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Peng、Wahib Mohamed、Wang Xiao、Takizawa Shinichiro、Hirofuchi Takahiro、Ogawa Hirotaka、Matsuoka Satoshi
    • 雑誌名

      ICS '21: Proceedings of the ACM International Conference on SupercomputingJune 2021

      巻: - ページ: 1-1

    • DOI

      10.1145/3447818.3460353

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Scalable FBP decomposition for cone-beam CT reconstruction2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Peng、Wahib Mohamed、Wang Xiao、Hirofuchi Takahiro、Ogawa Hirotaka、Biguri Ander、Boardman Richard、Blumensath Thomas、Matsuoka Satoshi
    • 雑誌名

      SC '21: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and AnalysisNovember 2021

      巻: - ページ: 1-16

    • DOI

      10.1145/3458817.3476139

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 特集 映像情報処理のための高性能計算基盤2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Peng、Mohamed Wahib, Yusuke Tanimura, Hirotaka Ogawa, Satoshi Matsuoka
    • 雑誌名

      映像情報メディア学会誌

      巻: 75 (5) ページ: 597-602

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Matrix Engines for High Performance Computing: A Paragon of Performance or Grasping at Straws?2021

    • 著者名/発表者名
      Domke Jens、Vatai Emil、Drozd Aleksandr、Chen Peng、Oyama Yosuke、Zhang Lingqi、Salaria Shweta、Mukunoki Daichi、Podobas Artur、Wahib Mohamed、Matsuoka Satoshi
    • 雑誌名

      2021 IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS)

      巻: - ページ: 1056-1065

    • DOI

      10.1109/ipdps49936.2021.00114

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] High Throughput 3D Image Reconstruction with GPUDirect and Tensor Core2024

    • 著者名/発表者名
      Wu Du, Peng Chen, Miyajima Takaaki, Endo Toshio, Matsuoka, Satoshi, Wahib Mohamed
    • 学会等名
      IPSJ HPC-193
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Optimizing Matrix Multiplication on Arm Architectures2024

    • 著者名/発表者名
      Du Wu, Peng Chen, Toshio Endo, Satoshi Matsuoka, Mohamed Wahib
    • 学会等名
      The 6th R-CCS International Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Efficient Edge-Cloud Computing and Communication Platform2024

    • 著者名/発表者名
      Peng Chen, Yiyu Tan, Du Wu, Mohamed Wahib, Yusuke Tanimura
    • 学会等名
      The 6th R-CCS International Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] General and Scalable Framework for GCN Training on CPU-powered Supercomputers2024

    • 著者名/発表者名
      Chen Zhuang, Peng Chen, Xin Liu, Toshio Endo, Mohamed Wahib
    • 学会等名
      The 6th R-CCS International Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Efficient Distributed Sequence Parallelism for Transformer-based Image Segmentation2024

    • 著者名/発表者名
      Isaac Lyngaas, Murali Gopalakrishnan Meena, Evan Calabrese, Mohamed Wahib, Peng Chen, Jun Igarashi, Xiao Wang
    • 学会等名
      Electronic Imaging 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-performance Data Loader for Large-scale Data Processing2024

    • 著者名/発表者名
      Edgar Josafat Martinez-Noriega, Peng Chen
    • 学会等名
      Electronic Imaging 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Back-Projection Optimization: The Key to Tomographic Imaging2024

    • 著者名/発表者名
      Peng Chen
    • 学会等名
      Electronic Imaging 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optimizing Matrix Multiplication on Arm Architectures2023

    • 著者名/発表者名
      Wu Du, Peng Chen, Endo Toshio, Matsuoka Satoshi, Wahib Mohamed
    • 学会等名
      IPSJ HPC-192
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Scalable Training of Graph Convolutional Networks on Supercomputers2023

    • 著者名/発表者名
      Chen Zhuang, Peng Chen, Xin Liu, Satoshi Matsuoka, Toshio Endo, Mohamed Wahib
    • 学会等名
      SWOPP2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-performance Temporal Blocking Stencils at Low GPU Occupancy2023

    • 著者名/発表者名
      Lingqi Zhang, Mohamed Wahib, Peng Chen, Yusuke Tanimura, Toshio Endo, Satoshi Matsuoka
    • 学会等名
      SWOPP2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Exploiting Scratchpad Memory for Deep Temporal Blocking2023

    • 著者名/発表者名
      Lingqi Zhang, Mohamed Wahib, Peng Chen, Jintao Meng, Xiao Wang, Toshio Endo, Satoshi Matsuoka
    • 学会等名
      GPGPU 2023 workshop
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Breaking the Memory Bottleneck for Iterative Memory-bound Applications Via Persistent Kernels2023

    • 著者名/発表者名
      Lingqi Zhang, Mohamed Wahib, Peng Chen, Jintao Meng, Xiao Wang, Toshio Endo, Satoshi Matsuoka
    • 学会等名
      第188回ハイパフォーマンスコンピューティング研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] High-performance image reconstruction on GPU-accelerated supercomputers2023

    • 著者名/発表者名
      Peng Chen
    • 学会等名
      Electronic Imaging 2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Image Gradient Decomposition for Parallel and Memory-Efficient Ptychographic Reconstruction2022

    • 著者名/発表者名
      Xiao Wang, Aristeidis Tsaris, Debangshu Mukherjee, Mohamed Wahib, Peng Chen, Mark Oxley, Olga Ovchinnikova, Jacob Hinkle
    • 学会等名
      Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC'22)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] FPGAを用いたCT画像のバックプロジェクション処理の高速化に向けて2022

    • 著者名/発表者名
      真野淳平, 宮島敬明, 陳 鵬, Mohamed Wahib, 佐野健太郎
    • 学会等名
      第201回システムとLSIの設計技術研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Performance portable back-projection algorithms on CPUs2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Peng、Wahib Mohamed、Wang Xiao、Takizawa Shinichiro、Hirofuchi Takahiro、Ogawa Hirotaka、Matsuoka Satoshi
    • 学会等名
      ICS '21: Proceedings of the ACM International Conference on SupercomputingJune 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Scalable FBP decomposition for cone-beam CT reconstruction2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Peng、Wahib Mohamed、Wang Xiao、Hirofuchi Takahiro、Ogawa Hirotaka、Biguri Ander、Boardman Richard、Blumensath Thomas、Matsuoka Satoshi
    • 学会等名
      SC '21: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and AnalysisNovember 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会・シンポジウム開催] ICS '21: Proceedings of the ACM International Conference on SupercomputingJune 20212021

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会・シンポジウム開催] SC '21: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and AnalysisNovember 20212021

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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