超広帯域I/Oを想定したアーキテクチャの検討

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02793
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 工藤 知宏 東京大学, 情報基盤センター, 教授 (00234451)
• 研究分担者: 高野 了成 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, 研究グループ長 (10509516) ; 並木 周 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 副研究部門長 (30415723) ; 鯉渕 道紘 国立情報学研究所, アーキテクチャ科学研究系, 准教授 (40413926) ; 天野 英晴 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60175932) ; 松谷 宏紀 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70611135) ; 石井 紀代 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90612177)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 高性能計算 / ポストムーア / 通信方式 / 光インターコネクト

研究実績の概要

LSIのI/Oの帯域が、計算機システムの性能向上全体の隘路となってきている。この問題に対処するために、シリコンインタポーザなどを用いて同一パッケージ内に複数のLSIを実装するSiP (System in Package)が注目されている。しかし、3次元集積メモリなどを用いても、SiP内に実装できるメモリ量には限りがあり、広帯域でアクセスできるメモリ量の不足が問題となってきている。一方、ムーアの法則にしたがった半導体集積度向上の限界が近づきつつあり、汎用プロセッサの性能向上も望めなくなりつつある。
このような背景から、パッケージ外のメモリへのアクセス性能を確保し、得手不得手のある専用ハードウェアを複数組み合わせて性能向上を図ることを想定し、従来より飛躍的に広帯域なインターコネクトにより計算機性能の向上を図るための必要要件を検討した。インターコネクトの広帯域化と低消費電力を同時に実現する必要があることを既存方式の電力消費等から導出し、パッケージ内のメモリと同等の帯域を同等の消費電力で実現することをターゲットとして、具体的な要求数値を検討した。また、光モジュールを電気回路と同一パッケージ内に実装するCo-packaging技術の重要性を指摘した。さらに、このような通信が用いられるようになると、計算機システム内の通信の階層構造がより複雑になり、これをモデル化してプログラムのマッピングや通信の最適化などに用いていかなくてはならないことを指摘した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Hardware-Based Caching System on FPGA NIC for Blockchain (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuma Sakakibara, Shin Morishima, Kohei Nakamura, Hiroki Matsutani
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Information and Systems 巻: Vol.E101-D, No.5 ページ: 1350-1360
  • DOI: 10.1587/transinf.2017EDP7290
  • 査読あり
• [学会発表] Implementing a large application LSTM on the multi-FPGA system: Flow-in-Cloud (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugo Yamauchi, Kazusa Musha, Hideharu Amano
  • 学会等名: IEEE Symposium on Low-Power and High-Speed Chips and Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-FPGA Management on FLow-in-Cloud Prototype System (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuei Hironaka, Akram Ben Ahmed, Hideharu Amano
  • 学会等名: 20th IEEE/ACIS International Conference on Software Engineering, Artificial Intelligence, Networking and Parallel/Distributed Computing
  • 国際学会
• [学会発表] Acceleration of Deep Recurrent Neural Networks with an FPGA cluster (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuxi Sun, Akram Ben Ahmed, Hideharu Amano
  • 学会等名: International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies
  • 国際学会
• [学会発表] アクセラレータクラウドを実現するシステムソフトウェア FlowOS (2019)
  • 著者名/発表者名: 高野了成、池上努
  • 学会等名: miniCANDARシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] High Performance Computing in Japan and the Role of Optics in the Future (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Kudoh
  • 学会等名: OFC 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Evaluation of Partial Reconfiguration for a Multi-board FPGA System FiCSW (2018)
  • 著者名/発表者名: Miho Yamakura, Kazuei Hironaka, Keita Azegami, Kazusa Musha, Hideharu Amano
  • 学会等名: International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A Disaggregated Accelerator Cloud Data Center (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryousei Takano
  • 学会等名: Disaggregation in data centers and metro networks Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 機械学習の効率化とハードウェア開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高野了成
  • 学会等名: デザインガイア
  • 招待講演
• [学会発表] Approximate Computing と関連する通信技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鯉渕 道紘
  • 学会等名: 光ネットワーク産業・技術研究会, 第３回討論会公開ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Opportunity and Challenges of Silicon Photonics Switches for Future Data Centres (2018)
  • 著者名/発表者名: Shu Namiki
  • 学会等名: ECOC2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Silicon photonic switching for high performance cloud networking (2018)
  • 著者名/発表者名: Shu Namiki, Kazuhiro Ikeda , Keijiro Suzuki , Takayuki Kurosu , Takashi Inoue , Ryotaro Konoike , Satoshi Suda , Hiroyuki Matsuura , Kiyo Ishii, Hitoshi Kawashima
  • 学会等名: ACP2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Opportunity and Challenges of Silicon Photonics Switches for Post-Moore’s Law Computing (2018)
  • 著者名/発表者名: Shu Namiki
  • 学会等名: PHOTONICS2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Silicon Photonic Switching Toward Future Cloud Networking (2018)
  • 著者名/発表者名: Shu Namiki
  • 学会等名: ISPEC2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Revisiting computing and communication: New landscapes in wide area, data centers and computing systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Kudoh
  • 学会等名: The Sixth International Symposium on Computing and Networking (CANDAR '18)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ポストムーア時代の通信と計算のバランスとアクセラレータクラウド構想 (2018)
  • 著者名/発表者名: 工藤知宏
  • 学会等名: 第十八回PCクラスタシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Optical switch scalability, optical switch control, and optically switched network control (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiyo Ishii
  • 学会等名: ACP2018
  • 国際学会 / 招待講演