Reconfigurable Network for High-Performance Computing Systems

用于高性能计算系统的可重构网络

基本信息

批准号：
22K17870
负责人：
上野知洋
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度は、帯域圧縮ハードウェア(BCH)のアルゴリズムおよびデザインの整理とアップデート、ESSPER FPGAクラスタシステムへの実装環境整備、スケーラビリティ評価のための仮想的2次元メッシュトポロジの構築とそれを用いたアプリケーションの評価などを行った。これまでに開発してきたBCHには様々なバージョンが存在し、それぞれが回路面積重視や圧縮率重視といった特徴があるため、それらの情報をデザインごとにリスト化し、注力すべきデザインの選定を行った。また、アルゴリズムの面では、圧縮に用いる予測方式について、これまで用いてきた1次元多項式だけでなく2、3次元多項式についても既存研究等を基に調査を行った。また、BCHをESSPER FPGAクラスタに実装するための環境整備を行った。本クラスタ上のFPGAには、アプリケーションの生産性向上のためにFPGA機能を抽象化するシステムオンチップが提供されている。BCHをこのクラスタ上に実現するにあたり、インタフェース規格の統一やメモリ、ネットワークへのアクセスの整備などを行った。最後に、VCSN+BCHシステムを評価するプラットフォームとして、VCSNによる仮想2次元メッシュトポロジの構築を行った。加えて、FPGAアプリケーションとして重要な2次元シストリックアレイを、上記の仮想2次元メッシュを用いて複数FPGAシステムに拡張する研究を行った。このデザインによる性能評価では、FPGAの数にほぼ比例した処理性能を示し、実用的で有効なシストリックアレイを構築できることを示した。このシステムでは全体性能がネットワーク帯域によって制限されるため、本研究において実現するVCSN+BCHシステムの評価に最適なプラットフォームとして今後活用できる。この2次元仮想メッシュトポロジによるシストリックアレイに関する研究をまとめ、国際会議論文として投稿中である。

今年，我们将整理和更新带宽压缩硬件（BCH）的算法和设计，准备ESSPER FPGA集群系统的实现环境，构建用于可扩展性评估的虚拟2D网格拓扑，并评估使用它的应用程序等。目前我们开发的BCH有多个版本，每个版本都有自己的特点，比如强调电路面积和压缩比，所以我们将这些信息整理成每个设计的列表，并选择我们应该重点关注的设计。。在算法方面，关于用于压缩的预测方法，我们不仅研究了迄今为止使用的一维多项式，而且根据现有研究，研究了二维和三维多项式。我们还准备了在 ESSPER FPGA 集群上实现 BCH 的环境。该集群上的 FPGA 配有片上系统，可抽象 FPGA 功能以提高应用程序生产力。在该集群上实施 BCH 时，我们标准化了接口标准并改进了对内存和网络的访问。最后，我们使用VCSN构建了虚拟二维网状拓扑作为评估VCSN+BCH系统的平台。此外，我们还研究了使用上述虚拟二维网格将作为 FPGA 应用很重要的二维脉动阵列扩展到多 FPGA 系统。使用该设计的性能评估表明，处理性能几乎与FPGA的数量成正比，这表明可以构建实用且有效的脉动阵列。由于该系统的整体性能受到网络带宽的限制，因此未来可以作为评估本研究实现的VCSN+BCH系统的最佳平台。我们总结了使用这种二维虚拟网格拓扑对脉动阵列的研究，目前正在将其作为国际会议论文提交。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Stream Computation of 3D Approximate Convex Hulls with an FPGA

DOI：
10.1145/3535044.3535053
发表时间：
2022-06
期刊：
Proceedings of the 12th International Symposium on Highly-Efficient Accelerators and Reconfigurable Technologies
影响因子：
0
作者：
Tatsuma Mori;Daiki Furukawa;Keigo Motoyoshi;Haruto Ikehara;Kaito Ohira;Taito Manabe;Yuichiro Shibata-Yuichi
通讯作者：
Tatsuma Mori;Daiki Furukawa;Keigo Motoyoshi;Haruto Ikehara;Kaito Ohira;Taito Manabe;Yuichiro Shibata-Yuichi

Exploring Inter-tile Connectivity for HPC-oriented CGRA with Lower Resource Usage

探索面向 HPC 的 CGRA 的瓦间连接，降低资源占用

DOI：
10.1109/icfpt56656.2022.9974525
发表时间：
2022
期刊：
2022 International Conference on Field-Programmable Technology (ICFPT)
影响因子：
0
作者：
Adhi Boma;Cortes Carlos;Ueno Tomohiro;Tan Yiyu;Kojima Takuya;Podobas Artur;Sano Kentaro
通讯作者：
Sano Kentaro

ESSPER: Elastic and Scalable System for High-Performance Reconfigurable Computing with Software-bridged APIs

ESSPER：通过软件桥接 API 实现高性能可重构计算的弹性且可扩展的系统

DOI：
10.1109/icfpt56656.2022.9974312
发表时间：
2022
期刊：
2022 International Conference on Field-Programmable Technology (ICFPT)
影响因子：
0
作者：
Sano Kentaro;Koshiba Atsushi;Miyajima Takaaki;Ueno Tomohiro
通讯作者：
Ueno Tomohiro

Less for More: Reducing Intra-CGRA Connectivity for Higher Performance and Efficiency in HPC

少而多：减少 CGRA 内连接以提高 HPC 性能和效率

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
Proceedings of CGRA4HPC Workshop IPDPS 2023
影响因子：
0
作者：
Boma Adhi;Carlos Cortes;Emanuele Del Sozzo;Tomohiro Ueno;Yiyu Tan;Takuya Kojima;Artur Podobas;Kentaro Sano
通讯作者：
Kentaro Sano

VCSN: Virtual Circuit-Switching Network for Flexible and Simple-to-Operate Communication in HPC FPGA Cluster

VCSN：虚拟电路交换网络，可在 HPC FPGA 集群中实现灵活且易于操作的通信