数値シミュレーションのための無歪みデータ圧縮法とそのハードウエア実装

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K11847
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分60100:計算科学関連
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 福間 慎治 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (50313565)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 無歪みデータ圧縮 / 可逆符号化 / ロスレス符号化 / 数値シミュレーション / FPGA

研究成果の概要

本研究では数値シミュレーションのための無歪みデータ圧縮法とそのハードウェア実装を研究した．数値シミュレーションにおける浮動小数点データに対する圧縮アルゴリズムを設計し，FPGAによりハードウェア実装した．実装した圧縮器を用いて，数値シミュレーションデータに対する圧縮率や処理時間を検証した．さらに，圧縮アルゴリズムの開発過程で得られた高速なスライディングウインドウ回帰法を応用した1次元データ群の2次元画像可視化についても成果を得た．

自由記述の分野

信号処理

研究成果の学術的意義や社会的意義

一般に，データ圧縮はソフトウェアで行われる．しかしながら，ソフトウェアによる実装は計算コストの増大を招き，数値シミュレーション速度の低下につながる．これに対し提案する圧縮器はデータ通信路にハードウェアとして挿入することを想定しているためこの問題を回避できる．圧縮器により，データ量は～1/2程度に圧縮可能であり，データ読み出しに必要な時間を1/2に削減でき，既設の計算機に圧縮器を挿入するだけでシミュレーション速度を最大2倍に加速でき，加えて既設ストレージ容量を仮想的に2倍に拡大可能である．こうして，既設のシミュレーション計算機資源を大幅に更新することなく低コストで近代化改修できる．