Development of technology for scientific simulations only using integer arithmetic for next-generation computers

开发仅使用下一代计算机整数运算的科学模拟技术

基本信息

批准号：
20K21782
负责人：
岩下武史
金额：
$ 3.74万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2020～2021年度において，線形反復ソルバの主要な計算部分，具体的には疎行列ベクトル積，内積演算，各種の行列・ベクトル処理を整数命令のみで実装することを可能とした．そこで，2022年度は，代表的な反復型ステンシル計算であるFDTD（Finite Difference Time Domain）法について，整数演算（固定小数点演算）のみを用いて，解析を行う方法について研究を行った．2021年度において，解析対象となる物理空間を複数の部分領域に分割し，部分領域ごとに異なるスケーリングファクタを用いることで，各領域内の物理量を与えられたビット幅の整数（固定小数点数）で表現する方式を考案し，2022年度では本方式に基づいた実装を行った．本実装に基づく数値実験の結果，考案方式が有効に機能することが明らかとなったが，一方で，大部分のテスト問題では，初期に設定したスケーリングファクタを特に変更することなく時系列の解析を実行できることが明らかとなり，スケーリングファクタの自動調節等の新たな技術開発の必要性が低いことが判明した．次世代の計算デバイスでは，高性能な整数演算処理はSIMD型の整数演算命令として実装される可能性がある．そこで，線形反復法を対象として，その代表的な前処理手法であるILU分解前処理をSIMD演算を前提として高速化する方法を考案し，性能評価を行った．提案手法は，従来のILU(0)前処理と比べ，前処理効果が高く，多くのテストデータで優位な性能を示すことが明らかとなった．2022年度には，本成果を国際学術論文誌に発表した．

在2020年至2021财年，可以实现线性重复溶剂的主要计算部分，特别是外星序列向量堆栈，内部操作以及各种矩阵和矢量处理。因此，在2022财年中，我们研究了分析FDTD（有限差时间域）方法的方法，该方法是典型的重复型 - 型模板计算，仅使用整数（固定 - 点计算）。在2021财年中，要分析的物理空间分为多个部分区域，每个部分区域的缩放系数都使用了一些物理整数（固定点数），并使用每个区域的物理数量。设计了表达，并在2022年进行了基于此方法的实现。由于基于此实现的数值实验，很明显，设计方法有效地发挥了作用，但是在大多数测试问题中，对时间序列的分析而没有特别改变早期阶段设置的缩放系数。它可以执行，并发现对新技术开发（例如自动缩放系数调整）的需求很低。在下一代计算设备中，高性能整数算术处理可以作为SIMD整数操作顺序实现。因此，对于线性重复方法，设计了一种加速ILU分解预处理的方法，这是一种典型的预处理方法，并评估了性能。该建议方法清楚地表明，初步效应高于常规ILU（0）预处理，许多测试数据显示出主导性能。在2022财年，结果发表在国际学术纺织杂志上。