ウェーハ積層構造型・超並列ネットワークに関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09480051
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 堀口 進 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 教授 (60143012)
• 研究分担者: 井口 寧 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学センター, 助手 (90293406) ; 林 亮子 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助手 (30303332) ; 山森 一人 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助手 (50293395) ; 武田 利浩 山形大学, 工学部, 助手 (90236472)
• キーワード: VLSI・ULSI技術 / 大規模VLSI再構成技術 / 超並列・超分散コンピュータ / ウェーハ積層型構造 / 階層型相互結合網 / ルーティング

研究概要

VLSI・ULSI技術のめざましい発展や大規模VLSI再構成技術の開発などにともない、ウェーハ積層型構造による超並列・超分散コンピュータが実現可能となりつつある。ウェーハ積層構造では、一つのウェーハに複数のPE(Processing Element)を搭載し、複数のウェーハをスタック実装する。ウェーハ積層構造により超並列・超分散コンピュータを構築する際問題となるのは、ウェーハ間の結線数である。ウェーハ間結線に必要な幅が数百μ達するため、ウェーハ内の配線に比べてレイアウト面積が大きくなるため、ウェーハ間結線数を少なくする必要がある。ウェーハ間の配線のコストを抑えるには,階層型相互結合網が有効である。本研究では、下位階層にメッシュ、上位階層にトーラスを用いた階層型相互結合網TESH(Toriconnected mESHes)を提案し、ウェーハスタック構造に適したネットワーク特性を有する結合網であることを明かにした。TESHネットワークは,ウェーハ間の配線数を抑え、かつ通信の局所性を利用することで良好なネットワーク性能を持ち、フィルタ演算やFFTなどの超高速演算が可能でることも示した。しかしながら、TESHを用いて超並列・超分散コンピュータを実装するためには、プロセッサ間の動的通信性能とルーティングのデッドロックを回避する技術が必要になる。そこで、デッドロック回避のために仮想チャネルを導入し、基本モジュール間リンクの最適配置により必要な仮想チャネル数を最小化する手法を提案した。更に、ランダム通信およびFFT通信パターンによる動的通信シミュレーションを行った結果、TESHネットワークはメッシュ結合より優れた動的通信性能を達成できることを明かにした。

研究成果

• [文献書誌] 川井雅之,井口寧,堀口進: ""超並列計算機向き相互結合網SRTのデッドロックフリー・ルーティング""情報処理学会論文誌. Vol.40,No5,. 1977-1984 (1999)
• [文献書誌] 林亮子,堀口進: "固定配分セルを用いた動的負荷分散法による並列分子動力学シミュレーション"情報処理学会論文誌. Vol.40,No5,. 2152-2162 (1999)
• [文献書誌] H.Liu,D.F.Hsu and S.Horiguchi: ""Generalized Shuffle-Exchange Digraphs: Hamiltonian Properties""Proc.of 1999 IEEE International Symposium on Circuits and Systems,Orlando,Florida,USA. (1999)
• [文献書誌] Y.Touyama and S.Horiguchi: ""Performance Evaluation of Practical Parallel Computation Model LogPQ""Proc.IEEE Int'l Symp. on Parallel Architectures,Algorithms and Networks (ISPAN'99),Fremantle,Australia. 216-221 (1999)
• [文献書誌] R.Hayashi,K.Tanaka,K.Nakano,S.Horiguchi and Y.Hikawa: ""A Molecular Dynamics Simulation of the Carbon Cluster Formation on a Parallel Computer""Proc.the 5th International Conference on Computational Physics,(ICCP5) Kanazawa,Japan. P2-43,. (1999)