| 研究課題/領域番号 |
21H04869
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
朴 泰祐 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (90209346)
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| 研究分担者 |
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)
山口 佳樹 筑波大学, システム情報系, 准教授 (30373377)
小林 諒平 筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (40783709)
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)
藤田 典久 筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (70787671)
辻 美和子 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 (80466466)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| キーワード | 複合演算加速環境 / FPGA高位合成 / OpenACC / Ethernet Frame / HBMメモリ |
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| 研究実績の概要 |
複数の演算加速機構としてGPUとFPGAの両者を用いた次世代スーパーコンピューティングのプラットフォーム、言語処理系、並列FPGA処理技術、アプリケーション実行、FPGAストレージに関する総合的な研究を実施した。GPUとFPGAの統合プログラミング環境として、OpenACC単一言語（C言語実装）で記述したコードを商用または研究用デバイスコンパイラをバックエンドとして呼び出すメタコンパイラのプロトタイプ実装を行った。
また、HBMを搭載したFPGAにおける高性能アプリケーション実行APIの基本部分の開発を行った。また、FPGAをコントローラとしてSSDを高速かつ柔軟に制御するシステム等の研究開発を行った。
これらの成果として1編の査読付き学術論文の公表と、16件の国際会議発表（うち8件は招待講演、残りは査読付き）を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
FPGAとGPUの複合デバイスプログラミング環境として、米国ORNLで開発中のFPGA対応OpenACC研究用コンパイラであるOpenARCと、GPU対応OpenACC商用コンパイラであるPGI社コンパイラを両デバイスのバックエンドコンパイラとして用いるメタコンパイラMHOATをプロトタイプ実装し、簡単なテストコードにおける記述量と性能について予備評価を行った。また，宇宙物理学の実アプリケーションであるARGOTコードのコンパイルを行い，性能は十分でないものの，MHOATの記述性について一定の評価が得られた。（朴・佐藤・辻チーム）
Ethernet Frameを用いてデータストリームをFPGA間で送受信する回路、および通信網に対しデータストリームを送受信するHLSのプログラミング環境の実装が進んでいることから、計画通りに進捗している。（佐野チーム）
ユーザ回路における利用性を高めるためオープンソースの LiteX を用いた実装へと拡張した。（山口チーム）
GPU+FPGA連携宇宙物理アプリケーションコードを1ノード実行から2ノード実行に拡張し，その性能評価を実施した。これらを支援する通信環境として、MPIにおける集団通信と同等の機能を、独自開発のFPGA間通信フレームワークCIRCUSに実装するための基本アルゴリズムと予備実験を行った。（小林・藤田チーム）
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| 今後の研究の推進方策 |
FPGAとGPUの複合デバイスプログラミング環境として、米国ORNLで開発中のFPGA対応OpenACC研究用コンパイラであるOpenARCと、GPU対応OpenACC商用コンパイラであるPGI社コンパイラを両デバイスのバックエンドコンパイラとして用いるメタコンパイラMHOATをプロトタイプ上で実アプリケーションコードをコンパイル・実行し、多重複合型演算加速スーパーコンピューティングのコンセプトの有効性を実証する。また、FPGA特有の性能特性に即したOpenACCコードの最適化手法について調査し、最終的なFPGA向けOpenACCコンパイラ構築の基礎データを得る。（朴・佐藤・辻チーム）
Ethernet Frameを用いてデータストリームをFPGA間で送受信する回路、および通信網に対しデータストリームを送受信するHLSのプログラミング環境の構築を進める。（佐野チーム）
高速かつ柔軟なSSDベースのストレージのFPGA制御を高度化する。（山口チーム）
GPU+FPGA連携宇宙物理アプリケーションコードを1ノード実行から2ノード実行に拡張し，その性能評価を実施する。これらを支援する通信環境として、MPIにおける集団通信と同等の機能を、独自開発のFPGA間通信フレームワークCIRCUSに実装する。（小林・藤田チーム）
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