• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実績報告書

性能最適化が容易なマルチパラダイム型高位合成フレームワークの創出

研究課題

研究課題/領域番号 19H04075
研究機関東京大学

研究代表者

高前田 伸也  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (60738897)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードFPGA / 高位合成 / ストリーム計算 / データ転送 / コンパイラ
研究実績の概要

本研究では、再構成可能ハードウェアのFPGAを用いた計算加速を対象に、性能最適化が容易なハードウェア高位設計方式および高位合成フレームワークの実現を目指して研究を進めている。2021年度は、本研究で開発する高位合成コンパイラの基盤となる、Pythonに基づくハードウェア設計フレームワークVeriloggenの拡張を行った。専用ロジックによる計算高速化では、オンチップメモリとオフチップメモリ間のデータ転送を計算とオーバーラップさせることが重要である。本年度は、従来のDMAコントローラが複数のショートバーストのリクエストを連続して発行する際に、メモリ帯域を十分に活用できておらず、データ転送の遅延が大きいことを解消するために、DMAコントローラの多重リクエスト管理機構を導入し、複数のin-flightなリクエストをメモリコンローラに対して発行することを可能にした。Veriloggenコンパイラに当該機構を実装し、実装の正当性検証を複数のテストケースにより確認した。そして、DNNハードウェア生成フレームワークNNgenに本拡張を適用し、動作確認を行った。加えて、HBMなどの高帯域なオフチップメモリの性能を引き出すための、カスタムコンピューティング向けのメモリシステムのアーキテクチャとプログラミングモデルのプロトタイプを開発した。データを読み出し消費するロード操作を、読み出し、消費、待ち合わせの3つのマイクロ命令に分離し、計算などの他の操作とのオーバーラップを可能にした。また、対応するメモリシステムのアーキテクチャを開発した。ソフトウェアシミュレーションによるハードウェア構成の検討と、グラフ処理を対象としたアプリケーションの性能評価を行い、キャッシュメモリに基づく方式よりも高い性能を達成することを確認した。

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

今年度はポストコロナの環境に慣れ、ソフトウェア開発の時間を確保できたため、計算・データ転送性能を改善するためのコンパイラ拡張を順調に進め、開発を完了することができた。また、本研究の核となるカスタムコンピューティング向けのメモリシステムとプログラミングモデルの開発を進めることができ、大きく研究が進展したと言える。自動最適化技術に関しては、これまでの開発物をベースに開発を進められると考えている。

今後の研究の推進方策

2022年度は、高抽象度な高位設計モデルとそのコンパイラを引き続き開発する。また、これまでの開発物に基づいて、メモリシステムの自動最適化および自動生成に関する研究を進める。メモリアクセスパターンからデータ供給部と再利用部のアーキテクチャ・コードの自動合成機構については、まずはシンプルな例について研究を進める。プログラミングモデルの開発およびプロトタイプ実装については、コンパイラソフトウェアの詳細実装ソフトウェアの開発については、本研究費で補助員を雇用して加速する。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Accelerating Decision Tree Ensemble with Guided Branch Approximation2022

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Kamahori, Shinya Takamaeda-Yamazaki
    • 雑誌名

      2022 International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART 2022)

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An FPGA-Based Fully Pipelined Bilateral Grid for Real-Time Image Denoising2021

    • 著者名/発表者名
      Nobuho Hashimoto, Shinya Takamaeda-Yamazaki
    • 雑誌名

      2021 31st International Conference on Field-Programmable Logic and Applications (FPL 2021)

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1109/FPL53798.2021.00035

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ASBNN: Acceleration of Bayesian Convolutional Neural Networks by Algorithm-hardware Co-design2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Fujiwara, Shinya Takamaeda-Yamazaki
    • 雑誌名

      2021 IEEE 32nd International Conference on Application-specific Systems, Architectures and Processors (ASAP 2021)

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1109/ASAP52443.2021.00041

    • 査読あり
  • [学会発表] GBA: Guided Branch Approximation2022

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Kamahori, Shinya Takamaeda-Yamazaki
    • 学会等名
      The Fourth Young Architect Workshop (YArch 2022) (Co-located with ASPLOS 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] 機械学習に適したハードウェア,ハードウェアに適した機械学習アルゴリズム2022

    • 著者名/発表者名
      高前田 伸也
    • 学会等名
      情報処理学会第84回全国大会 イベント企画「知能と計算とアーキテクチャの新しい関係を目指して」
    • 招待講演
  • [学会発表] 多様性と環境変化に寄り添う分散機械学習基盤の実現に向けて2022

    • 著者名/発表者名
      高前田 伸也
    • 学会等名
      電子情報通信学会情報論的学習理論と機械学習研究会 2022-03-IBISML
    • 招待講演
  • [学会発表] 分岐命令の選択的近似による決定木アンサンブルの高速化2022

    • 著者名/発表者名
      釜堀 恵輔, 高前田 伸也
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告2021-ARC-248
    • 招待講演
  • [学会発表] 機械学習ベースの動画像処理における近似計算手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      橋本 信歩, 高前田 伸也
    • 学会等名
      電子情報通信学会研究会報告CPSY2021-59
  • [学会発表] 高帯域幅メモリ搭載FPGAを用いたランダムアクセス指向メモリアーキテクチャとプログラミングモデルの検討2022

    • 著者名/発表者名
      菅 研吾, 高前田 伸也
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告2021-ARC-248
  • [学会発表] 不揮発性メインメモリにおける効率的な整合性検証手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      久保 龍哉, 小池 亮, 高前田 伸也
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告2021-ARC-248
  • [学会発表] FPGAを用いたフルパイプラインによるバイラテラルフィルタの高速化手法2021

    • 著者名/発表者名
      橋本 信歩, 高前田 伸也
    • 学会等名
      電子情報通信学会研究会報告RECONF2021-8
  • [学会発表] アルゴリズム・ハードウェア協調設計によるベイジアン畳み込みニューラルネットワークの高速化2021

    • 著者名/発表者名
      藤原 良樹, 高前田 伸也
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告2021-ARC-245
  • [学会発表] セキュアな不揮発性メモリのクラッシュ一貫性支援の高速化2021

    • 著者名/発表者名
      小池 亮, 高前田 伸也
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告2021-ARC-245
  • [学会発表] アーキテクチャとアルゴリズムの協調による高効率深層学習システムの創出2021

    • 著者名/発表者名
      高前田 伸也
    • 学会等名
      第20回情報科学技術フォーラム (FIT 2021) イベント企画「Society5.0を支える革新的コンピューティング技術」
    • 招待講演
  • [備考] Veriloggen

    • URL

      https://github.com/PyHDI/veriloggen

  • [備考] NNgen

    • URL

      https://github.com/NNgen/nngen

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi