オンチップ・スーパーコンピューティングを可能にするメニーコア・プロセッサの研究

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21680005
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 井上 弘士 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (80341410)
• キーワード: 3次元LSI / メニーコア / ハイパフォーマンスコンピューティング / 高性能計算 / 低消費電力 / 動的最適化

研究概要

本年度は、複数コアを搭載したマイクロプロセッサを対象とし、前年度に引き続き3次元積層を前提としたコア・オブザベーション技術の確立、ならびに、3次元積層マルチコアに関する特性解析等を実施した。また、3次元積層向けメモリアーキテクチャの拡張と詳細評価を実施した。さらに、メニーコア向け電源電圧制御技術の開発や、多数の計算ノードから構成されるスーパーコンピュータを前提とした集団通信高効率化技術の開発を行った。具体的な内容は以下の通りである。
【研究テーマ1:コア・オブザベーション技術の開発】3次元積層メモリシステムにおいて、プログラム実行において必要となるメモリ容量をランタイムに検出する方式を改良し、その精度を高めることができた。また、それを効率良く実行するためのアーキテクチャサポートの評価を行い、有効性を明らかにした。
【研究テーマ2:コア・オーケストレーション技術の開発】これまでに開発した、複数コア間でメモリ性能を向上するための協調実行方式に関し、より高い性能向上を実現するためのソフトウェア・チューニングを行った。また、よりメモリ性能の影響が深刻となるベンチマークプログラムを用いた評価を実施し、提案方式の有効性を確認した。これに加え、スーパーコンピュータにおいて重要となる集団通信の高速化を可能とするためのパケット送信制御技術を開発しその有効性を示した。さらに、実行に使用するコアの数と動作周波数を動的に制御することで実効効率を高める方式を検討し、その評価を行った。
また、上記の研究成果に関して国内外にて研究発表を実施した。

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

複数コアが協調して動作する方式に関しては順調に開発が進んでおり、その評価結果も良好である。一方、テストチップ試作を実施することができておらず、この部分に関してはやや遅れている。これらを総合して、おおむね順調に進んでいると考えている。

今後の研究の推進方策

平成24年度は本研究の最終年度であり、最終的な総合評価の実施に向け研究を進める予定である。当初、2次元実装のテストチップ試作を行い、その結果を総合評価にフィードバックする予定であった。しかしながら、3次元積層チップの特性は製造プロセスに大きく依存し、かつ、現状では標準的なプロセス技術が確立されていないことが分かったため、評価のための基礎データは実設計事例となる参考文献から参照することで対応する。

研究成果

• [雑誌論文] 3次元積層SRAM/DRAMハイブリッド・キャッシュ (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野伸也, 橋口慎哉, 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌ACS 巻: Vol.5 No.1 ページ: 41-52
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimizing Power-Performance Trade-off for Parallel Applications through Dynamic Core-count and Frequency Scaling (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Imamura, Hiroshi Sasaki, Naoto Fukumoto, Koji Inoue, Kazuaki Murakami
  • 雑誌名: 2nd Workshop on Runtime Environments/Systems, Layering, and Virtualized Environments (RESoLVE '12) 巻: (CD-R)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Barrier Synchronization for 2D Meshed NoC-based Many-core Processors (2012)
  • 著者名/発表者名: Lovic Gauthier, Farhad Mehdipour, Koji Inoue, Shinya Ueno, Hiroshi Sasaki
  • 雑誌名: The 17th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies ページ: 510-515
  • 査読あり
• [雑誌論文] NSIM : An Interconnection Network Simulator for Extreme-Scale Parallel Computers (2011)
  • 著者名/発表者名: Hideki MIWA, Ryutaro SUSUKITA, Hidetomo SHIBAMURA, Tomoya HIRAO, Jun MAKI, Makoto YOSHIDA, Takayuki KANDO, Yuichiro AJIMA, Ikuo MIYOSHI, Toshiyuki SHIMIZU, Yuji OINAGA, Hisashige ANDO, Yuichi INADOMI, Koji INOUE, Mutsumi AOYAGI, Kazuaki MURAKAMI
  • 雑誌名: IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems 巻: Vol.E94-D No.12 ページ: 2298-2308
  • 査読あり
• [雑誌論文] 演算/メモリ性能バランスを考慮したマルチコア向けオンチップメモリ貸与法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌コンピューティングシステム(ACS) 巻: Vol.4,No.3 ページ: 66-76
  • 査読あり
• [雑誌論文] データ値の局所性を利用したライン共有キャッシュの提案 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡慶太郎, 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: 2011-ARC-188(Web)
• [雑誌論文] 稼働コア数制限に基づくマルチコアプロセッサ性能向上手法の提案 (2011)
  • 著者名/発表者名: 今村智史, 福本尚人, 井上弘士, 村上和彰
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: 2011-ARC-188(Web)
• [学会発表] Adaptive Execution on 3D Microprocessors (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Inoue
  • 学会等名: 11th International Forum on Embedded MPSoC and Multicore
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] 3D memory architecture (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Inoue
  • 学会等名: D43D : 3rd Design for 3D Silicon Integration Workshop
  • 発表場所: Grenoble, France(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-30