ポストムーア時代のスケーラブル計算機とそのシステムソフトウェアの創成

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00593
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分60:情報科学、情報工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 佐野 健太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, チームリーダー (00323048)
• 研究分担者: 柴田 裕一郎 長崎大学, 情報データ科学部, 教授 (10336183) ; 上野 知洋 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (30794135) ; 佐藤 三久 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 副センター長 (60333481) ; 滝沢 寛之 東北大学, サイバーサイエンスセンター, 教授 (70323996) ; 谷川 一哉 広島市立大学, 情報科学研究科, 講師 (80382373) ; 宮島 敬明 明治大学, 理工学部, 専任講師 (90770850) ; 小柴 篤史 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 特別研究員 (20845771) ; Lee Jinpil 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (30764873)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: データフロー計算モデル / 布線論理型 / 計算機アーキテクチャ / システムソフトウェア / ポストムーア時代

研究成果の概要

計算機構とモデルして、データフローアーキテクチャ(DFA)試作システムであるFPGAクラスタの開発、布線論理型DFAである粗粒度再構成可能アレイ（CGRA）の研究、FPGAによるデータフロー計算の研究を行った。プログラミングモデルとシステムソフトウェアとして、ホストCPUとFPGAの間でデータフロータスクを非同期に動作させるプログラミング方式や、タスクスケジューラの研究を行った。また、FPGAによるデータフロー計算に関してOpenACC/OpenMPコンパイラの研究を行った。アプリケーションとして、グラフ処理や近似凸包計算、ステンシル計算等に関するDFAの研究を行った。

自由記述の分野

計算機科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

FPGAクラスタ、CGRA、FPGAによるデータフロー計算に加え、プログラミング環境やスケジューラの研究開発により、スケーラブルデータフロー計算システムやそのプログラミングの有用性を示す知見が得られた。また、グラフ幅優先探索、近似凸包計算、ステンシル計算アプリケーションの研究を通じて、それらのデータフロー処理の実現可能性や、潜在的なボトルネック、および複数FPGA・デバイスを用いた並列化とスケーラビリティに関する知見が得られた。これらは、従来のメニーコアCPUアーキテクチャの性能向上が行き詰まる中、従来のノイマン型アーキテクチャに代わる高性能計算アーキテクチャの有望性を示す貴重な成果である。