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メモリマシンモデル上の並列計算理論の構築と次世代GPGPUアーキテクチャの提案

研究課題

研究課題/領域番号 26280002
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 情報学基礎理論
研究機関広島大学

研究代表者

中野 浩嗣  広島大学, 工学研究科, 教授 (30281075)

研究分担者 高藤 大介  広島大学, 工学研究科, 助教 (00314732)
伊藤 靖朗  広島大学, 工学研究科, 准教授 (40397964)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2014年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
キーワードParallel Algorithms / GPGPU / Memory Machine Models / 並列処理 / 理論計算モデル / 並列アルゴリズム / 並列計算機 / ハイパフォーマンス・コンピューティング / 計算機システム / 計算モデル
研究成果の概要

GPUは画像を生成したり操作するために設計された集積回路である.最近のGPUは,従来CPUで処理していた汎用計算を行えるように設計されている.本研究の目的は,GPU処理のための適切な理論計算モデルを提案し,その理論モデルに基づいて効率良い並列アルゴリズムを開発し,性能評価を行うことである.本研究では,GPUのメモリアクセスに着目した理論モデルDMMモデル,UMMモデル,HMMモデルを提案した.このモデルに基づいて,GPU上の多くの効率良い並列アルゴリズムを開発した.特に,SKSSと呼ばれる動的計画法をGPUで処理する新しい手法を開発した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

GPUの理論的モデルを提案することにより,理論研究者がGPU向けアルゴリズムを研究するためのベースを提供することができた.これまでは,並列アルゴリズムの理論研究者にとってGPU向け並列アルゴリズムの実装作業は困難であったが,これにより,GPU上での並列処理技法の研究が容易に行えるようになった.また,このモデルをベースに研究代表者らはGPUのいくつかの具体的なアルゴリズム手法,例えば,SKSS (Single Kernel Soft Synchronization)などを提案し,その有効性をGPUへの実装実験により実証することができた.

報告書

(6件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (51件)

すべて 2018 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 3件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 22件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] ブラジリア大学(ブラジル)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ブラジリア大学(ブラジル)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] ブラジリア大学(ブラジル)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] ブラジリア大学(ブラジル)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Almost Optimal Column-wise Prefix-sum Computation on the GPU2018

    • 著者名/発表者名
      Tokura Hiroki、Fujita Toru、Nakano Koji、Ito Yasuaki
    • 雑誌名

      The Journal of Supercomputing

      巻: 74 ページ: 224-233

    • DOI

      10.1007/978-3-319-78054-2_21

    • ISBN
      9783319780535, 9783319780542
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerating digital halftoning using the local exhaustive search on the GPU2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kouge, Takumi Honda, Toru Fujita, Yasuaki Ito, Koji Nakano, Jacir Luiz Bordim
    • 雑誌名

      Concurrency and Computation: Practice and Experience

      巻: 29 号: 2

    • DOI

      10.1002/cpe.3781

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] C2CU: a CUDA C program generator for bulk execution of a sequential algorithm2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Takafuji, Koji Nakano, Yasuaki Ito, Jacir Luiz Bordim
    • 雑誌名

      Concurrency and Computation: Practice and Experience

      巻: 29 号: 17

    • DOI

      10.1002/cpe.4022

    • NAID

      110009971685

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Adaptive loss-less data compression method optimized for GPU decompression2017

    • 著者名/発表者名
      Shunji Funasaka, Koji Nakano, Yasuaki Ito:
    • 雑誌名

      Concurrency and Computation: Practice and Experience

      巻: 29 号: 24

    • DOI

      10.1002/cpe.4283

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Efficient GPU Implementation of CKY Parsing Using the Bitwise Parallel Bulk Computation Technique2017

    • 著者名/発表者名
      Toru Fujita, Koji Nakano, Yasuaki Ito, Daisuke Takafuji
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E100.D 号: 12 ページ: 2857-2865

    • DOI

      10.1587/transinf.2017PAP0018

    • NAID

      130006236562

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GPU-accelerated Exhaustive Verification of the Collatz Conjecture2017

    • 著者名/発表者名
      Takumi Honda, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: 7 号: 1 ページ: 69-85

    • DOI

      10.15803/ijnc.7.1_69

    • NAID

      130005331502

    • ISSN
      2185-2839, 2185-2847
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Efficient GPU Implementation of Bulk Computation of the Eigenvalue Problem for Many Small Real Non-symmetric Matrices2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Tokura, Takumi Honda, Yasuaki Ito, Koji Nakano, Mitsuya Nishino, Yushiro Hirota, Masami Saeki
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: 7 号: 2 ページ: 227-247

    • DOI

      10.15803/ijnc.7.2_227

    • NAID

      130006135389

    • ISSN
      2185-2839, 2185-2847
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast Simulation of Conway's Game of Life using Bitwise Parallel Bulk Computation on a GPU2016

    • 著者名/発表者名
      Toru Fujita, Koji Nakano, and Yasuaki Ito
    • 雑誌名

      International Journal of Foundations of Computer Science

      巻: 27 号: 08 ページ: 981-1003

    • DOI

      10.1142/s0129054116500404

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Memory-Access-Efficient Implementation for Computing the Approximate String Matching Algorithm on GPUs2016

    • 著者名/発表者名
      Lucas Saad Nogueira Numes, Jacir Luiz Bordim, Koji Nakano, and Yasuaki Ito
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E99.D 号: 12 ページ: 2995-3003

    • DOI

      10.1587/transinf.2016PAP0024

    • NAID

      130005171004

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] GPU-Accelerated Bulk Execution of Multiple-Length Multiplication with Warp-Synchronous Programming Technique2016

    • 著者名/発表者名
      Takumi Honda, Yasuaki Ito, and Koji Nakano
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E99.D 号: 12 ページ: 3004-3012

    • DOI

      10.1587/transinf.2016PAP0027

    • NAID

      130005170988

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bulk execution of Euclidean algorithms on the CUDA-enabled GPU2016

    • 著者名/発表者名
      Toru Fujita, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: 6 号: 1 ページ: 42-63

    • DOI

      10.15803/ijnc.6.1_42

    • NAID

      130005123823

    • ISSN
      2185-2839, 2185-2847
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A character art generator using the local exhaustive search, with GPU acceleration2016

    • 著者名/発表者名
      Yuji Takeuchi, Koji Nakano, Daisuke Takafuji, Yasuaki Ito
    • 雑誌名

      International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems

      巻: 31 号: 1 ページ: 3063-3071

    • DOI

      10.1080/17445760.2014.962026

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Optimal Implementation of the Approximate String Matching on the Hierarchical Memory Machine, with Performance Evaluation on the GPU2014

    • 著者名/発表者名
      Duhu MAN, Koji NAKANO, Yasuaki ITO
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E97.D 号: 12 ページ: 3063-3071

    • DOI

      10.1587/transinf.2014PAP0011

    • NAID

      130004841764

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Offline Permutation on the CUDA-enabled GPU2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiko KASAGI, Koji NAKANO, Yasuaki ITO
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E97.D 号: 12 ページ: 3052-3062

    • DOI

      10.1587/transinf.2014PAP0010

    • NAID

      130004841763

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerating ant colony optimisation for the travelling salesman problem on the GPU2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Uchida, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 雑誌名

      International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems

      巻: 29 号: 4 ページ: 401-420

    • DOI

      10.1080/17445760.2013.842568

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] An Optimal Parallel Algorithm for Computing the Summed Area Table on the GPU2018

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Emoto, Shunji Funasaka, Hiroki Tokura, Takumi Honda, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      Workshop on Advances in Parallel and Distributed Computational Models
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tile Art Image Generation Using Conditional Generative Adversarial Networks2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Matsumura, Hiroki Tokura, Yuki Kuroda, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      Sixth International Symposium on Computing and Networking Workshops
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Prefix-Sum-Based Rabin-Karp Implementation for Multiple Pattern Matching on GPGPU2018

    • 著者名/発表者名
      Lucas Saad N. Nunes, Jacir Luiz Bordim, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      Sixth International Symposium on Computing and Networking
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient Byte Stream Pattern Test using Bloom Filter with Rolling Hash Functions on the FPGA2018

    • 著者名/発表者名
      Takuma Wada, Naoki Matsumura, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      Sixth International Symposium on Computing and Networking
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single Kernel Soft Synchronization Technique for Task Arrays on CUDA-enabled GPUs, with Applications2017

    • 著者名/発表者名
      Shunji Funasaka, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Square Pointillism Image Generation, and Its GPU Acceleration2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Tokura, Yuki Kuroda, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simple and Fast Parallel Algorithms for the Voronoi Map and the Euclidean Distance Map, with GPU Implementations2017

    • 著者名/発表者名
      Takumi Honda, Shinnosuke Yamamoto, Hiroaki Honda, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Conference on Parallel Processing
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerating the Smith-Waterman Algorithm Using Bitwise Parallel Bulk Computation Technique on GPU2017

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimura, Jacir Luiz Bordim, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photomosaic Generation by Rearranging Subimages, with GPU Acceleration2017

    • 著者名/発表者名
      Yi Yang, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Almost Optimal Column-wise Prefix-sum Computation on the GPU2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Tokura, Toru Fujita, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Conference on Parallel Processing and Applied Mathematics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A GPU Implementation of Bulk Execution of the Dynamic Programming for the Optimal Polygon Triangulation2017

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yamashita, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      International Conference on Parallel Processing and Applied Mathematics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Light Loss-Less Data Compression, with GPU implementation2016

    • 著者名/発表者名
      Shunji Funasaka, Koji Nakano and Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Conference on Algorithms and Architectures for Parallel Processing
    • 発表場所
      スペイン
    • 年月日
      2016-12-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerating Ant Colony Optimization for the Vertex Coloring Problem on the GPU2016

    • 著者名/発表者名
      Ryouhei Murooka, Yasuaki Ito and Koji Nakano
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      広島
    • 年月日
      2016-11-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient GPU implementations for the Conway's Game of Life2015

    • 著者名/発表者名
      Toru Fujita, Daigo Nishikori, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-12-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A flexible-length-arithmetic processor based on FDFM approach in FPGAs2015

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kawamoto, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-12-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parallelization Techniques for Error Diffusion with GPU Implementations2015

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Kasagi, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-12-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Fast Approximate String Matching Algorithm on GPU2015

    • 著者名/発表者名
      Lucas Saad, Jacir Bordim, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-12-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Warp-synchronous Implementation for Multiple-length Multiplication on the GPU2015

    • 著者名/発表者名
      Takumi Honda, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-12-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fast LZW compression using a GPU2015

    • 著者名/発表者名
      Shunji Funasaka, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-12-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Parallel Algorithm for LZW Decompression, with GPU Implementation2015

    • 著者名/発表者名
      Shunji Funasaka, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Conference on Parallel Processing and Applied Mathematics
    • 発表場所
      Krakow, Poland
    • 年月日
      2015-09-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] GPU-Accelerated Digital Halftoning by the Local Exhaustive Search2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kouge, Yasuaki Ito, Koji Nakano
    • 学会等名
      International Symposium on Parallel and Distributed Computing
    • 発表場所
      Limassol, Cyprus
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bulk GCD Computation Using a GPU to Break Weak RSA Keys2015

    • 著者名/発表者名
      Toru Fujita, Koji Nakano and Yasuaki Ito
    • 学会等名
      Workshop on Advances in Parallel and Distributed Computational Models
    • 発表場所
      Hyderabad, India
    • 年月日
      2015-05-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimality of Fundamental Parallel Algorithms on the Hierarchical Memory Machine, with GPU implementation2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Nakano and Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Conference on Parallel, Distributed and Network-Based Processing
    • 発表場所
      フィンランド,ツルク
    • 年月日
      2015-03-04 – 2015-03-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A Time Optimal Parallel Algorithm for the Dynamic Programming on the Hierarchical Memory Machine2014

    • 著者名/発表者名
      Koji Nakano
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      2014-12-10 – 2014-12-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Thorough Evaluation of GPU Shared Memory Load and Store Instructions2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Okamoto, Yasuaki Ito, Koji Nakano, Jacir L. Bordim
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      2014-12-10 – 2014-12-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Parallel Algorithms for the Summed Area Table on the Asynchronous Hierarchical Memory Machine, with GPU implementations2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Kasagi, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Symposium on Computing and Networking
    • 発表場所
      米国,ミネアポリス
    • 年月日
      2014-09-09 – 2014-09-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Random Address Permute Shift Technique for the Shared Memory on GPUs2014

    • 著者名/発表者名
      Koji Nakano, Susumu Matsumae, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Conference on Parallel Processing
    • 発表場所
      米国,ミネアポリス
    • 年月日
      2014-09-09 – 2014-09-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A GPU Implementation of Clipping-Free Halftoning using the Direct Binary Search2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kouge, Yasuaki Ito and Koji Nakano
    • 学会等名
      International Conference on Algorithms and Architectures for Parallel Processing
    • 発表場所
      中国,大連
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A CUDA C Program Generator for Bulk Execution of a Sequential Algorithm2014

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Takafuji, Koji Nakano and Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Conference on Algorithms and Architectures for Parallel Processing
    • 発表場所
      中国,大連
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Bulk Execution of Oblivious Algorithms on the Unified Memory Machine, with GPU Implementation2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Tani, Daisuke Takafuji, Koji Nakano, Yasuaki Ito
    • 学会等名
      International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops
    • 発表場所
      米国,フェニックス
    • 年月日
      2014-05-19 – 2014-05-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Sixth International Symposium on Computing and Networking2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] International Symposium on networking and Computing2015

    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2015-12-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2020-03-30  

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