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2012 年度 実績報告書

超高速・超低消費電力物質科学シミュレーション方式の研究開発

計画研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 22104002
研究機関東京大学

研究代表者

稲葉 真理  東京大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (60282711)

研究分担者 須田 礼仁  東京大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (40251392)
今井 浩  東京大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (80183010)
研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2015-03-31
キーワードアルゴリズム / シミュレーション工学 / 情報システム / ネットワーク / 計算機システム
研究実績の概要

平成24年度はFPGAベースのネットワークアクセラレータ基板を試作し、種々のネットワークトポロジーに対するテストベッドを構築した。試作したFPGAベースのネットワークアクセラレータは、超低消費電力を実現するための基礎技術である「問題が要請するネットワークの接続構成」、「プロセッサ相互間およびホストへのバンド幅およびメモリへのバンド幅実現」において、電力・バンド幅比を最適化するためのプラットフォームとして使用する。このFPGAベースのネットワークアクセラレータを実現するプラットフォームとして、High-Radixネットワークを含めたトポロジーに対する評価を行うために、新たに24ポートのネットワークとプロセッサコアを実装できる超大規模FPGAを用いたテストベッド基板を構築した。
極超高速分散シミュレーション実現の基礎技術となる極超高速ネットワークを有効に活用するためのデータ転送方式の研究開発では、平成24年度は40Gbpsの超高速ネットワーク性能を物質科学シミュレーションにおいて有効に活用するためのTCPネットワーク制御方式、資源管理方式の研究開発を実施した。平成24年度には、損失があるネットワークにおいてTCPプロトコルで高速データ転送を実現するため、ネットワーク上で発生するロスに関して原因を機械学習により解析し、その結果を用いた流量制御をおこなうことにより、高いTCPデータ転送性能を得る方式を新たに開発し、実証実験まで実施した。本方式では、ロスが発生する状況、RTTをニューラルネットワークを用いて学習することにより、TCP輻輳からくるロスか、ネットワーク自身のランダムなロスかを弁別することを初めて実現した。平成25年度には引き続き、超長距離の40GbpsネットワークのTCPによる活用を実現するための方式の改良、実証実験を実施する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初、研究実績の概要の項目で述べたように、ネットワークアクセラレータと40GbpsネットワークのTCP利用についての研究を実施することを計画し、各々の項目について十分な成果・途中結果が得られる状況で研究開発が推移した。特に、40GbpsネットワークのTCPプロトコルによる高度利用方式については、平成24年度に新たに機械学習によりTCP流量制御、パケットロス弁別方式を提案、実装し、実際の長距離ネットワークを用いた実証実験まで行った。
提案した方式では、パケットロスが発生すると、ロス直前時点のRTT(ラウンドトリップタイム)、ウィンドウサイズを記録する。過去N個のロス記録(Nは8から64)をパーセプトロンネットワークに接続することによりオンライン学習を実現し、次の輻輳ウィンドウサイズを決定する。学習は教師なし学習を用いている。
次に、コンピューティクスの推進に最も重要なプロセッサコアについての研究開発にも着手し、平成24年度には今後5から10年後に必要になるプロセッサコア技術についての大きな知見を得た。当初計画では、プロセッサコア自身は汎用プロセッサとして与えられるものであり、それに対する演算アクセラレータ、ネットワークアクセラレータおよびメモリアクセラレータが研究開発の対象であった。しかしながら、プロセッサ(メニーコアプロセッサ)はこれらアクセラレータの中心的存在であり、その技術は将来の第一原理計算の高速実現に重要な役割をはたす。
平成24年度には、将来のプロセッサコア技術を設計するための基礎となる多種のプロセッサの性能および消費電力測定を実施し、我が国の現存するスーパーコンピュータに用いているプロセッサチップおよびプロセッサコアの問題点を明確化した。
これら2項目の新たな進展により、当初の計画以上に進展していると自己評価した。

今後の研究の推進方策

前記のように、40Gbpsレベルでの超高速TCP通信をパケットロス存在下においても高効率で使用する機械学習によるTCPプロトコル制御技術、将来の超メニーコアを用いるスーパーコンピューティングのためのプロセッサコア技術は、当初の研究計画に更に加わった部分である。研究計画自身にこの両者は含まれているため、計画変更は必要ではないが、より重点的な研究開発を行うよう、平成25年度以降の研究計画を見直す。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] The Cosmogrid Simulation: Statistical Properties of Small Dark Matter Halos2013

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Ishiyama, Junichiro Makino, Simon Portegies Zwart, Derek Groen, Keigo Nitadori, Steven Rieder, Cees de Laat, Stephen McMillan, Kei Hiraki, Stefan Harfst
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Using Cacheline Reuse Characteristics for Prefetcher Throttling2012

    • 著者名/発表者名
      Hidetsugu Irie, Takefumi MIYOSHI, Goki HONJO, Kei HIRAKI, Tsugomu YOSHINAGA
    • 雑誌名

      IEICE Trans. on Information and Systems

      巻: vol.E95-D,no.12 ページ: 2928-2938

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal Elliptic Curve Scalar Multiplication Using Double-Base Chains2012

    • 著者名/発表者名
      V. Suppakitpaisarn, M. Edahiro, and H. Imai
    • 雑誌名

      International Journal of Digital Information and Wireless Communications (IJDIWC)

      巻: 2 ページ: 115-134

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum network coding for quantum repeaters2012

    • 著者名/発表者名
      T. Satoh, F. Le Gall, and H. Imai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 86 ページ: 032331

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.86.032331

    • 査読あり
  • [学会発表] Search for Optimal Graphs2013

    • 著者名/発表者名
      Vivek S Nittoor and Reiji Suda
    • 学会等名
      Extremal Combinatorics Conference
    • 発表場所
      Illinois, USA
    • 年月日
      2013-03-14 – 2013-03-14
  • [学会発表] Toward Tunable Multi-Scheme Parallelization2013

    • 著者名/発表者名
      Reiji Suda
    • 学会等名
      SIAM Computational Science and Engineering
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2013-02-28 – 2013-02-28
  • [学会発表] Conjugate Gradient Methods Relieved for Inner Product Communication Latencies2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Motoya and Reiji Suda
    • 学会等名
      International workshop on HPC, Krylov Subspace method and its applications
    • 発表場所
      Beppu Convention (B-Con) Plaza, Beppu
    • 年月日
      2013-01-13 – 2013-01-13
  • [学会発表] ジッタの影響を緩和する集団通信アルゴリズム2012

    • 著者名/発表者名
      松本英樹,須田礼仁
    • 学会等名
      情報処理学会ハイパフォーマンスコンピューティング研究会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2012-12-14 – 2012-12-14
  • [学会発表] 自動チューニング:数理的手法によるソフトウェア高性能化2012

    • 著者名/発表者名
      須田礼仁
    • 学会等名
      次世代計算科学の基盤技術とその展開
    • 発表場所
      京都大学(京都市)
    • 年月日
      2012-10-23 – 2012-10-23
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum states associated with 2D periodic graph2012

    • 著者名/発表者名
      N. Fu, Y. Hirakuri, H. Imai, and A. Motoyama
    • 学会等名
      Asian Quantum Information Science Conference
    • 発表場所
      Suzhou, China
    • 年月日
      2012-08-23 – 2012-08-23
  • [学会発表] 1600万計算コア超メニーコアアーキテクチャのシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      泊 久信,平木 敬
    • 学会等名
      並列/分散/協調処理に関するサマー・ワークショップ(SWoPP2011)
    • 発表場所
      とりぎん文化会館(鳥取市)
    • 年月日
      2012-08-01 – 2012-08-01
  • [学会発表] Evaluating Optimized Computation in Double-Base Chain for Efficient Elliptic Curve Cryptography2012

    • 著者名/発表者名
      C.Chuengsatiansup, H.Imai, and V.Suppakitpaisarn
    • 学会等名
      15th Japan-Korea Joint Workshop on Algorithms and Computation
    • 発表場所
      National Institute of Informatics, Chiyoda
    • 年月日
      2012-07-10 – 2012-07-10
  • [学会発表] Geometrical treatment of periodic graphs with coordinate system using axis-fiber and an application to a motion planning2012

    • 著者名/発表者名
      N. Fu, A. Hashikura and H. Imai
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Voronoi Diagrams in Science and Engineering
    • 発表場所
      New Jersey, USA
    • 年月日
      2012-06-27 – 2012-06-27
  • [学会発表] Division and Alternation of Decision Variables2012

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Sonobe and Mary Inaba
    • 学会等名
      Pragmatics of SAT 2012
    • 発表場所
      Trento, Italy
    • 年月日
      2012-06-16 – 2012-06-16
  • [学会発表] Fastest Multi-Scalar Multiplication Based on Optimal Double-Base Chains2012

    • 著者名/発表者名
      V. Suppakitpaisarn, M. Edahiro, and H. Imai
    • 学会等名
      World Congress on Internet Security (WorldCIS-2012)
    • 発表場所
      Ontario, Canada
    • 年月日
      2012-06-10 – 2012-06-10
  • [学会発表] High Performance Memory Access Scheduling using Compute-Phase Prediction and Writeback-Refresh Overlap2012

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Ishii, Kouhei Hosokawa, Mary Inaba, and Kei Hiraki
    • 学会等名
      3rd JILP Workshop on Computer Architecture Competitions (JWAC-3): Memory Scheduling Championship (MSC)
    • 発表場所
      Oregon, USA
    • 年月日
      2012-06-09 – 2012-06-09
  • [学会発表] Some review on Parameterized Multiroute Flow Parallel Methods for Constraint Solving and Combinatorial Optimization2012

    • 著者名/発表者名
      J. Baffier, H. Imai, and A.Lisser
    • 学会等名
      NII Shonan Seminar
    • 発表場所
      Shonan Village Center, Miura
    • 年月日
      2012-05-28 – 2012-05-28
  • [学会発表] Quantum network coding for quantum repeaters2012

    • 著者名/発表者名
      T. Satoh, F. Le Gall, and H. Imai
    • 学会等名
      The 7th Conference on Theory of Quantum Computation, Communication, and Cryptography
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Bunkyo
    • 年月日
      2012-05-17 – 2012-05-17

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公開日: 2018-02-02  

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