ナビエ・ストークス方程式を差分計算する論理回路の設計

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21656049
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山本 悟 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (90192799)
• 研究分担者: 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): 2009 – 2011
• キーワード: 数値流体力学

研究概要

本研究では、高効率かつ省エネルギーの数値流体力学(CFD)計算を実現するために、二次元ナビエ・ストークス(NS)方程式をフラクショナルステップ法に基づき差分計算する論理回路を設計し、これを論理回路の再構成が可能なFPGA (Field-Programmable Gate Array)デバイス上に実装した。合わせて、計算速度や消費電力を計測して従来の手法に比べて、数十倍の効率向上に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Domain-Specific Language and Compiler for Stencil Computation on FPGA-based Systolic Computational-Memory Array (2012)
  • 著者名/発表者名: Wang Luzhou, Kentaro Sano and Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the International Symposium on Applied Reconfigurable Computing (ARC2012) ページ: 26-39
  • 査読あり
• [雑誌論文] Domain-Specific Programmable Design of Scalable Streaming-Array for Power-Efficient Stencil Computation (2011)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Yoshiaki Hatsuda and Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Computer Architecture News Special Issue for the proceedings of the International Workshop on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART) 巻: vol.39, no.4 ページ: 44-49
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scalable Streaming-Array of Simple Soft-Processors for Stencil Computations with Constant Memory-Bandwidth (2011)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Yoshiaki Hatsuda and Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the 19th Annual IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines (FCCM2011) 巻: vol.1 ページ: 234-241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local-and-Global Stall Mechanism for Systolic Computational-Memory Array on Extensible Multi-FPGA System (2010)
  • 著者名/発表者名: Wang Luzhou, Kentaro Sano and Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Field-Programmable Technology (ICFPT2010) 巻: vol.1 ページ: 102-109
  • 査読あり
• [雑誌論文] FPGA-based Lossless Compressors of Floating-Point Data Streams to Enhance Memory Bandwidth (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Katahira, Kentaro Sano and Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Application-specific Systems, Architectures and Processors (ASAP) 巻: vol.1 ページ: 246-253
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prototype Implementation of Array-Processor Extensible over Multiple FPGAs for Scalable Stencil Computation (2010)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Wang Luzhou and Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: Computer Architecture News Special Issue for the proceedings of the International Workshop on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies (HEART) 巻: vol.38, no.4 ページ: 80-86
  • 査読あり
• [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 and Satoru Yamamoto
  • 雑誌名: ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS) 巻: Vol.3, No.4 ページ: 35
  • 査読あり
• [学会発表] Performance Evaluation of FPGA-based Custom Accelerators for Iterative Linear-Equation Solvers (2011)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Sano, Yoshiaki Hatsuda and Satoru Yamamoto
  • 学会等名: Proceedings of the 20th AIAA Computational Fluid Dynamics Conference
  • 発表場所: Convention Center in Waikiki, Hawaii, USA
  • 年月日: 2011-06-27
• [学会発表] 浮動小数点データ圧縮ハードウェアのための複数ストリーム符号化方式 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎, 片平和也, 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: 横浜市港北区日吉慶應義塾大学
  • 年月日: 2011-01-18
• [学会発表] 格子ボルツマン法専用計算機に用いる数値データ圧縮ハードウェアの設計と評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 片平和也, 佐野健太郎, 山本悟
  • 学会等名: 第24回数値流体力学シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 横浜市港北区日吉慶應義塾大学
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] 差分法に基づく数値シミュレーション高速化のための大規模FPGAアレイ (2010)
  • 著者名/発表者名: 王陸洲, 佐野健太郎, 山本悟
  • 学会等名: 第24回数値流体力学シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 横浜市港北区日吉慶應義塾大学
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] 低帯域メモリで高性能反復計算を実現するスケーラブルカスタムパイプラインアクセラレータ (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎, 初田義明, 金澤彗, 山本悟
  • 学会等名: 第24回数値流体力学シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 横浜市港北区日吉慶應義塾大学
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] メモリ帯域向上のための浮動小数点データストリームロスレス圧縮ハードウェア (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐野健太郎, 片平和也, 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: 浜松市静岡大学
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 複数FPGA上で動作するスケーラブルアレイプロセッサのためのGALS設計 (2010)
  • 著者名/発表者名: 王陸洲, 佐野健太郎, 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: 長崎県長崎市伊王島やすらぎ温泉
  • 年月日: 2010-05-14
• [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
  • 学会等名: 第23回数値流体力学シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 仙台市市民会館
  • 年月日: 2009-12-16
• [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講演論文集
  • 発表場所: 仙台市市民会館
  • 年月日: 2009-12-16
• [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
  • 学会等名: 第8回情報科学技術フォーラム(FIT)論文集
  • 発表場所: 仙台市東北工業大学
  • 年月日: 2009-09-04
• [備考]
  • URL: http://www.caero.mech.tohoku.ac.jp