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2015 年度 実績報告書

給電制御を持つFPGAアクセラレータによるグリーンコンピューティング基盤の構築

研究課題

研究課題/領域番号 25330066
研究機関長崎大学

研究代表者

柴田 裕一郎  長崎大学, 工学研究科, 准教授 (10336183)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードリコンフィギャラブルコンピューティング / アクセラレータ / FPGA / スイッチング電源
研究実績の概要

FPGAアクセラレータにおける電力効率最適化や電力消費モデルの構築を目的として,科学技術シミュレーション分野で多用される計算パターンの1つである3次元ステンシル計算について,ハードウェア構成と性能,消費電力の関係をシミュレーションや実機走行によって評価した.具体的には3次元の熱伝導シミュレーションと電磁波解析シミュレーションについて,FPGAアクセラレータ上に搭載するパイプラインの並列数やステップ数を変更した際に,消費電力や性能にどのような影響を与える影響を評価し,単位エネルギーあたりの計算性能を評価した.この結果,実行性能と電力性能比の最適化は基本的に相反せず,メモリバンド幅制約のもとでパイプラインを並列性配置することで性能向上を図ることが電力面でも有利であることや,パイプラインのステップ数と並列パイプライン数では,メモリバンド幅が許せば並列数の増加の方が電力性能比の観点では有利であることなどを明らかにした.また,FPGA内の各リソースがどのように消費電力に寄与するかについても示した.一方,給電制御の観点からは電力負荷の予測が外れた場合などに生じるスイッチング電源の過電流制限制御をFPGAを用いて効率良く実現する方式を提案しその有効性を明らかにした.また電源ユニットの台数制御の際に必要となるソフトスタート制御についても新しい方式を提案しその有効性を確認した.これらの結果をACM Computer Architecture News誌,International Journal of Renewable Energy Research誌などの他,HEART2015,ICRERA2015,INTELEC2015などの国際会議等で発表した.特に国際シンポジウムHEART2015においてはBest Paper Candidatesに選ばれ,特別セッションでの発表を行った.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Overcurrent Limitation for Digital Peak Current Mode DC-DC Converter2016

    • 著者名/発表者名
      K. Kajiwara, T. Umeki, Y. Shibata, H. Maruta, K. Kurokawa
    • 雑誌名

      International Journal of Renewable Energy Research

      巻: 6(1) ページ: 90-98

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ビルディングキューブ法に基づくステンシル計算の高位合成ベースFPGA実装2016

    • 著者名/発表者名
      副島梨恵,翁浩二,柴田裕一郎,小栗清
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 115(400) ページ: 125-130

  • [雑誌論文] AMPD法を用いたピーク検出システムのFPGAへの実装2016

    • 著者名/発表者名
      岩崎文彦,柴田裕一郎,小栗清
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 115(400) ページ: 179-184

  • [雑誌論文] DC-DCコンバータのための関数切り替えディジタルソフトスタートについて2016

    • 著者名/発表者名
      坂井努,丸田英徳,柴田裕一郎,黒川不二雄,廣瀬圭一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 115(429) ページ: 103-108

  • [雑誌論文] Power Performance Profiling of 3-D Stencil Computation on an FPGA Accelerator for Efficient Pipeline Optimization2015

    • 著者名/発表者名
      K. Okina, R. Soejima, K. Fukumoto, Y. Shibata, K. Oguri
    • 雑誌名

      ACM Computer Architecture News

      巻: 43(4) ページ: 9-14

    • DOI

      10.1145/2927964.2927967

    • 査読あり
  • [学会発表] ディジタルピーク電流モードDC-DCコンバータの過電流制限について2016

    • 著者名/発表者名
      梶原一宏,松井信正,丸田英徳,柴田裕一郎,黒川不二雄
    • 学会等名
      電子情報通信学会電子通信エネルギー技術研究会
    • 発表場所
      機械振興会館(東京都・港区)
    • 年月日
      2016-05-19 – 2016-05-19
  • [学会発表] FPGAコンピューティングとそのリアルタイム画像・信号処理への応用2016

    • 著者名/発表者名
      柴田裕一郎
    • 学会等名
      ながさき次世代ロボット研究会
    • 発表場所
      長崎総合科学大学グリーンヒルキャンパス(長崎県・長崎市)
    • 年月日
      2016-02-24 – 2016-02-24
    • 招待講演
  • [学会発表] DC-DCコンバータのための関数切り替えディジタルソフトスタートについて2016

    • 著者名/発表者名
      坂井努,丸田英徳,柴田裕一郎,黒川不二雄,廣瀬圭一
    • 学会等名
      電子情報通信学会電子通信エネルギー技術研究会
    • 発表場所
      久留米ホテルエスプリ(福岡県・久留米市)
    • 年月日
      2016-01-28 – 2016-01-29
  • [学会発表] ビルディングキューブ法に基づくステンシル計算の高位合成ベースFPGA実装2016

    • 著者名/発表者名
      副島梨恵,翁浩二,柴田裕一郎,小栗清
    • 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
      慶應義塾大学日吉キャンパス来往舎(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-01-19 – 2016-01-21
  • [学会発表] AMPD法を用いたピーク検出システムのFPGAへの実装2016

    • 著者名/発表者名
      岩崎文彦,柴田裕一郎,小栗清
    • 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
      慶應義塾大学日吉キャンパス来往舎(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-01-19 – 2016-01-21
  • [学会発表] Digital peak current mode dc-dc converter with overcurrent limitation function2015

    • 著者名/発表者名
      K. Kajiwara, T. Ueki, Y. Shibata, F. Kurokawa
    • 学会等名
      International Conference on Renewable Energy Research and Applications
    • 発表場所
      パレルモ(イタリア)
    • 年月日
      2015-11-23 – 2015-11-25
    • 国際学会
  • [学会発表] Function switched soft-start method of dc-dc converter for energy management of HVDC system2015

    • 著者名/発表者名
      H. Maruta, T. Sakai, Y. Shibata, F. Kurokawa, K. Hirose
    • 学会等名
      IEEE International Future Energy Electronics Conference
    • 発表場所
      台北(台湾)
    • 年月日
      2015-11-01 – 2015-11-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Power Performance Profiling of 3-D Stencil Computation on an FPGA Accelerator for Efficient Pipeline Optimization2015

    • 著者名/発表者名
      K. Okina, R. Soejima, K. Fukumoto, Y. Shibata, K. Oguri
    • 学会等名
      International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies
    • 発表場所
      ボストン(米国)
    • 年月日
      2015-06-01 – 2015-06-02
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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