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．

从2020年到2021年，可以仅使用整数指令实现线性迭代求解器的主要计算部分，特别是稀疏矩阵向量产品，内部产品操作以及各种矩阵和矢量处理。因此，在2022年，我们对仅使用整数算术（定点算术）进行FDTD（有限差差时间域）方法进行分析进行了研究，这是一种典型的迭代模具计算。在2021年，设计了一种方法，其中将要分析的物理空间分为多个子区域，并使用给定的位宽度整数（固定点数）来代表每个区域内的物理数量的不同缩放因子，并在2022年基于这种方法实现了系统。基于此实施的数值实验表明，该方法有效地有效，但另一方面，可以揭示在大多数测试问题中，可以进行时间序列分析而无需对最初设定的缩放系数进行任何特定更改，并且对新技术开发（例如自动调整缩放因素的新技术开发）几乎没有必要。在下一代计算设备中，高性能整数算术处理可以用作SIMD类型整数算法指令。因此，我们设计了一种方法来加快ILU分解预处理，这是一种基于SIMD计算的典型预处理方法，并评估了性能。已经揭示了所提出的方法比常规ILU（0）预处理具有更高的预处理效果，并且在许多测试数据中表现出卓越的性能。 2022年，这些结果发表在国际学术期刊上。