省電力・省スペーススーパーコンピューティングのための密結合FPGAクラスタの開発

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20700040
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 計算機システム・ネットワーク
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐野 健太郎 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (00323048)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• キーワード: FPGA / 専用計算機 / 数値シミュレーション / シストリックメモリアーキテクチャ

研究概要

本研究では、省電力・省スペースな高速計算機の実現を目指して、回路書き換え可能デバイスであるFPGAを多数組み合わせたFPGAクラスタによる数値計算専用計算機の研究開発を行った。FPGAクラスタによる実装に適し、かつ対象とする差分法に基づく計算アルゴリズムに特化した拡張性の高い専用計算機の基本アーキテクチャについて検討した。FPGAを用いた試作により、提案する専用計算機が高い台数効果を実現することを実証した。

研究成果

• [雑誌論文] FPGA-Array with Bandwidth-Reduction Mechanism for Scalable and Power-Efficient Numerical Simulations based on Finite Difference Methods (2010)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Wang Luzhou, Yoshiaki Hatsuda, Takanori Iizuka, Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS) (to be published (採録決定))
  • 査読あり
• [雑誌論文] Segment-Parallel Predictor for FPGA-based Hardware Compressor and Decompressor of Floating-Point Data Streams to Enhance Memory I/O Bandwidth (2010)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Kazuya Katahira, Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the Data Compression Conference (DCC) ページ: 416-425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Applying Data-Compression to Enhancing Memory Bandwidth of Custom Computing Machines for Computational Fluid Dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Kazuya Katahira, Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the 8th Asian Computational Fluid Dynamics Conference (ACFD8) (CDROM) ページ: 7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance Evaluation of Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Computation Accelerated by FPGA-based Custom Computing Machine (2009)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Yoshiaki Hatsuda, Wang Luzhou, Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Interdisciplinary Information Sciences vol.15,no.1 ページ: 67-78
  • 査読あり
• [雑誌論文] 差分法専用計算機におけるFPGA間時分割通信機構の遅延評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 王陸洲, 佐野健太郎, 初田義明, 飯塚尊則, 山本悟
  • 雑誌名: 第8回情報科学技術フォーラム(FIT)論文集 vol.1,no.RC-011 ページ: 189-196
  • 査読あり
• [雑誌論文] 精度保証付き参照テーブルによる超臨界流体計算の高速化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 笹尾泰洋, 佐野健太郎, 古澤卓, 山本悟
  • 雑誌名: ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム(HPCS2009)論文集 ページ: 11-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluating Power and Energy Consumption of FPGA-based Custom Computing Machines for Scientific Floating-Point Computation (2008)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Takeshi Nishikawa, Takayuki Aoki, Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Field-Programmable Technology (ICFPT2008) ページ: 301-304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scalable FPGA-Array for High-Performance and Power-Efficient Computation Based on Difference Schemes (2008)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, WANG Luzhou, Yoshiaki Hatsuda, Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of International Workshop on High-Performance Reconfigurable Computing Technology and Applications (HPRCTA'08) ページ: 9
  • 査読あり
• [雑誌論文] 複数FPGAによるアレイ型差分法専用計算機のためのFPGA間通信帯域評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 王陸洲, 佐野健太郎, 初田義明, 山本悟
  • 雑誌名: 第7回情報科学技術フォーラム(FIT)論文集 vol.1,no.RC-003 ページ: 25-28
  • 査読あり
• [学会発表] Segment-Parallel Predictor for FPGA-based Hardware Compressor and Decompressor of Floating-Point Data Streams to Enhance Memory I/O Bandwidth (2010)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Kazuya Katahira, Satoru Yamamoto
  • 学会等名: Data Compression Conference (DCC)
  • 発表場所: Snowbird・ユタ州・米国
  • 年月日: 2010-03-26
• [学会発表] Applying Data-Compression to Enhancing Memory Bandwidth of Custom Computing Machines for Computational Fluid Dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Kazuya Katahira, Satoru Yamamoto
  • 学会等名: The 8th Asian Computational Fluid Dynamics Conference (ACFD8)
  • 発表場所: 香港・中国
  • 年月日: 2010-01-11
• [学会発表] カスタムコンピューティングマシンによる高性能計算に向けて (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎
  • 学会等名: 電子情報通信学会北陸支部講演会(招待講演)
  • 発表場所: 石川県金沢市
  • 年月日: 2009-12-22
• [学会発表] 反復解法のストリーム実行のためのパイプライン型専用計算機に関する一検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 初田義明, 佐野健太郎, 山本悟
  • 学会等名: 第23回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2009-12-16
• [学会発表] 数値データ圧縮ハードウェアによる格子ボルツマン法専用計算機のメモリ帯域向上に関する一考察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 片平和也, 佐野健太郎, 山本悟
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2009-12-16
• [学会発表] スケーラブルパイプラインアーキテクチャによるステンシル計算と実効メモリ帯域向上のための可逆データ圧縮ハードウェア (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎
  • 学会等名: 第1回アクセラレーション技術発表討論会(招待講演)
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2009-12-15
• [学会発表] FPGAによる高性能数値計算への取り組み (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎
  • 学会等名: 2009ターボ機械・航空宇宙の空力伝熱セミナー
  • 発表場所: 静岡県伊東市
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] FPGAを用いた浮動小数点データストリーム高速圧縮のためのアルゴリズムの検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎, 初田義明, 大坪靖周, 山本悟
  • 学会等名: 電子情報通信学会リコンフィギャラブルシステム研究会
  • 発表場所: 栃木県宇都宮市
  • 年月日: 2009-09-18
• [学会発表] FPGAと高性能数値計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎
  • 学会等名: 日本機械学会2009年度年次大会先端技術フォーラム(招待講演)
  • 発表場所: 岩手県盛岡市
  • 年月日: 2009-09-15
• [学会発表] 差分法専用計算機におけるFPGA間時分割通信機構の遅延評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 王陸洲, 佐野健太郎, 初田義明, 飯塚尊則, 山本悟
  • 学会等名: 第8回情報科学技術フォーラム(FIT)
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2009-09-04
• [学会発表] FPGAを用いた浮動小数点データストリーム高速圧縮のためのアルゴリズムの検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎
  • 学会等名: 第37回可視化情報シンポジウム
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2009-07-21
• [学会発表] HPCとカスタムコンピューティングマシン (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎
  • 学会等名: HPCワークショップ金沢2009 (招待講演)
  • 発表場所: 石川県金沢市
  • 年月日: 2009-05-26
• [学会発表] 数値流体力学専用計算機における実効メモリ帯域向上に関する一考察 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎, 片平和也, 山本悟
  • 学会等名: 第22回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2008-12-17
• [学会発表] 差分法に対するアレイ型専用計算機のスケーラビリティに関する一考察 (2008)
  • 著者名/発表者名: 王陸洲, 佐野健太郎, 初田義明, 山本悟
  • 学会等名: 第22回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2008-12-17
• [学会発表] Evaluating Power and Energy Consumption of FPGA-based Custom Computing Machines for Scientific Floating-Point Computation (2008)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Takeshi Nishikawa, Takayuki Aoki, Satoru Yamamoto
  • 学会等名: The International Conference on Field-Programmable Technology (ICFPT2008)
  • 発表場所: 台北, 台湾
  • 年月日: 2008-12-08
• [学会発表] Scalable FPGA-Array for High-Performance and Power-Efficient Computation Based on Difference Schemes (2008)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, WANG Luzhou, Yoshiaki Hatsuda, Satoru Yamamoto
  • 学会等名: The International Workshop on High-Performance Reconfigurable Computing Technology and Applications (HPRCTA'08)
  • 発表場所: Austin, TX, USA
  • 年月日: 2008-11-17
• [学会発表] 高性能差分法計算のためのFPGAアレイにおけるFPGA間通信機構の検討 (2008)
  • 著者名/発表者名: 王陸洲, 佐野健太郎, 初田義明, 山本悟
  • 学会等名: デザインガイア2008
  • 発表場所: 福岡県北九州市
  • 年月日: 2008-11-17
• [学会発表] 複数FPGAによるアレイ型差分法専用計算機のためのFPGA間通信帯域評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 王陸洲, 佐野健太郎, 初田義明, 山本悟
  • 学会等名: 第7回情報科学技術フォーラム(FIT)
  • 発表場所: 神奈川県慶応義塾大学湘南台キャンパス
  • 年月日: 2008-09-02
• [学会発表] FPGA-based Custom Computing Machines for High- Performance Computational Fluid Dynamics (2008)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Luzhou Wang, Yoshiaki Hatsuda, Satoru Yamamoto
  • 学会等名: The 5th International Conference on Computational Fluid Dynamics (ICCFD5)
  • 発表場所: National Seoul University, Korea
  • 年月日: 2008-07-08
• [学会発表] Interactive Flow Simulation with FPGA-based Acceleration of 2D Lattice Boltzmann Method (2008)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Satoru Yamamoto
  • 学会等名: The 5th European Congress Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS2008)
  • 発表場所: Lido, Venice, Italy
  • 年月日: 2008-07-01
• [学会発表] FPGAによる高性能計算 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎
  • 学会等名: 先進的計算基盤システムシンポジウムSACSIS2008 (チュートリアル講演)
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2008-06-12
• [学会発表] FPGAによる格子ボルツマン法アクセラレータ (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎
  • 学会等名: 第9回LBM研究会(招待講演)
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2008-05-30
• [学会発表] アレイ構造に基づく差分法専用計算機のFPGA実装 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎, 王陸洲, 初田義明
  • 学会等名: 第13回日本計算工学講演
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2008-05-20
• [備考]
  • URL: http://www.caero.mech.tohoku.ac.jp