３次元積層によるヘテロジニアスマルチコアプロセッサの仮想化と資源管理の研究

基于3D堆叠的异构多核处理器虚拟化及资源管理研究

基本信息

批准号：
16J06711
负责人：
小柴篤史
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J06711/
关键词：
システムソフトウェアヘテロジニアスマルチコアプロセッサワイヤレス積層IC 省電力制御パイプライン並列処理ハードウェアアクセラレーション OpenCLライブラリヘテロジニアスマルチコアパイプライン並列制御

项目摘要

本研究は，次世代の計算機システムとして期待されているワイヤレス積層ヘテロジニアスマルチコアプロセッサの電力性能と処理性能の最適化を目標として，(1)積層チップの種類の違いに対応した省電力制御手法，(2)積層チップ間の無線データ通信性能を考慮したタスク並列制御手法の確立を目標としている．本年度は，昨年度までに提案した(1)(2)について，積層プロセッサの実チップおよびプロトタイプ環境を用いた性能評価を行った．(1)について，積層プロセッサの実チップ上でTOPPERS OSを稼働させ，昨年度までに実現された積層プロセッサの電力制御機構をOSから利用可能にした．これにより，OSによる積層プロセッサの電力制御を可能にした．加えて，実際に実チップの省電力制御を行った時のアプリケーションの消費エネルギーを測定し，供給電圧とクロックの動作周波数を適切に設定することでエネルギー効率を向上できることを明らかにした．(2)について，昨年度までに提案した積層アクセラレータの並列制御方式を一般的なアプリケーションに適用するため，並列処理アプリケーションのデータフローの実行時解析を行うOpenCLライブラリを提案，実装した．これにより，OpenCL APIで実装されたアプリケーションに提案方式を適用可能であることを示した．更に，複数の積層アクセラレータを用いた並列処理に対する提案手法の効果を明らかにするため，マルチコアアクセラレータをFPGA上に実装し，提案するOpenCLライブラリと並列制御方式によるパイプライン並列処理の評価を行った．その結果，提案手法は従来の制御方式と比較して処理性能を2.2倍向上することを明らかにした．これらの研究成果はワイヤレス積層プロセッサの実用化に大きく寄与するものであり，ポストムーア時代における高性能かつ省電力な計算機システムの実現に役立つと期待できる．

这项研究是一种节省功率的控制方法，响应（1）不同类型的层压芯片，其目的是优化无线层压层压杂音果酱处理器的功率性能和处理性能，该处理器有望是下一个变化的计算器系统。在本财政年度，对于去年提出的提案（1）（2），使用层压处理器的实际提示和原型环境对性能进行了评估。关于（1），Toppers OS是在层压处理器的实际芯片上操作的，并且从OS启用了去年实现的层压处理器的功率控制机制。这使操作系统能够对层压处理器的功率控制。此外，还可以通过测量实际芯片实际控制的应用程序的能源消耗来提高能源效率，并且适当的时钟的电源电压和操作频率是合适的。关于（2），为了应用去年提出的层压加速器的并行控制方法，提出并实施了执行并行处理应用程序数据流的执行的OPENCL库。这表明该建议方法可以应用于OpenCL API中实现的应用程序。此外，为了阐明使用多个层压加速器并行处理的建议的影响，在FPGA上实现了多核加速器，并使用建议的OPENCL库和并行控制方法在FPGA上实现了多核加速器。结果，建议方法表明，与常规控制方法相比，处理性能提高了2.2倍。这些研究结果极大地有助于无线层压处理器的实际使用，并且可以预期在后穆罗时代实现高性能和储蓄计算机的实现非常有用。