| 研究課題/領域番号 |
16H02794
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
吉瀬 謙二 東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (50323887)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | メニーコアプロセッサ / エミュレーション / トレース駆動 / FPGA |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，汎用計算を支援するアクセラレータとしても注目されているFPGA(field-programmable gate array)を用いて，サイクルレベルの精度を維持したまま数千個のコアを搭載する大規模メニーコアプロセッサの挙動をエミュレーションする超高速システムの開発に取り組んでいる．開発するシステムは，メニーコアアーキテクチャの研究開発および，メニーコアプロセッサのためのシステムソフトウェアやアプリケーションプログラムの研究開発を加速するものである．
平成30年度は，まず大規模なNoCのエミュレーションを対象とするトレース駆動シミュレーションを効率的に実現する方式の開発をおこなった．この方式はオフチップへのメモリ参照の遅延を隠蔽するとともに，必要とするFPGA資源の削減と動作周波数の向上を達成する．この成果はダブリンで開催された国際会議International Symposium on Field-Programmable Logic and Applications (FPL 2018)に採録されて発表をおこなった．
また，ターゲットとするメニーコアプロセッサで採用するプロセッサコアとしては，学術的に広く用いられているMIPSアーキテクチャに加えて，オープンなアーキテクチャという点で注目を集めているRISC-Vアーキテクチャのソフトプロセッサの開発および検討をおこなった．特に，必要とするメモリサイズを削減するために用いられる圧縮命令を用いる場合の命令フェッチユニットにおける問題点を明らかにするとともに，その問題点を効率的に解決するアーキテクチャの開発をおこなった．
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| 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
平成30年度には，本研究で開発を目指している超高速エミュレーションのための方式検討として，これまでに開発してきた実行駆動のシミュレーション手法等をベースに，トレース駆動シミュレーションを効率的に実現する方式を開発することができた．
また，昨年度に構築したPCクラスタを拡張するとともに，ファイルサーバを追加することでシミュレーション環境を大幅に改善した．これらの環境は，超高速エミュレーションの方式検討およびソフトプロセッサの開発を迅速に進めるうえで不可欠なものであった．
これまでに構築したNoCをターゲットとする超高速エミュレーションシステムを活用して，新しいルーティングアルゴリズムの実装および性能評価をおこなった．これを通じて，構築したエミュレーションシステムの有用正を明確に示すことができた．今後，大規模メニーコアプロセッサの超高速エミュレーションシステムの実装および有用正の検証を進めていく．
当初からの懸念事項として挙がっていた通り，HMCは最新のメモリであるためその高速かつ安定するメモリコントローラの実装とデバッグの作業が遅れている．このため今年度は広く用いられているDRAMを搭載するFPGAボードをターゲットに研究を進めた．HMCが安定動作するようになり次第，これを搭載するFPGAカードに移行していく．
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度である本年度は，Verilog HDL によってレジスタトランスファレベルで記述された大規模メニーコアプロセッサをクロックサイクルのレベルで正確かつ高速にエミュレーションする超高速エミュレーションシステムを構築し，定量的な評価によりその有用性を明らかにする．また，構築する超高速エミュレーションシステムに関する研究成果を論文発表として積極的に発信していく．
これまでに開発してきたFPGAに適したNoCのエミュレーションシステムを構築するための効率的な時分割手法と制御方式，平成30年度に開発した効率的にトレースデータを用いるエミュレーション手法の研究成果をベースにして，プロセッサコアのモジュール，メモリシステムのモジュール，通信のためのモジュールをNoCにより統合して，目指しているエミュレーションシステムを構築する．
また，これまでに構築したPCクラスタシステムおよびFPGAシステムを用いて，ソフトウェアシミュレーションによる挙動とエミュレーションによる挙動がサイクルレベルで一致することを確認する動作検証の作業を実施する．これらのシステムを活用して，構築するシステムの定評的な評価を実施する．また，ドキュメント等を整備しつつ本研究で得られた成果をウェブで公開していく
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