| 講演名 | 2020-09-11 FPGAに組み込まれたHBMの効率的な利用とその考察 古川 和輝(筑波大), 横野 智也(筑波大), 山口 佳樹(筑波大), 吉川 耕司(筑波大), 藤田 典久(筑波大), 小林 諒平(筑波大), 朴 泰祐(筑波大), 梅村 雅之(筑波大), |
|---|---|
| PDFダウンロードページ |  PDFダウンロードページへ |
| 抄録(和) | 複数の FPGA を用いた演算加速が高性能計算において期待される中，AiS (Accelerators in Switch) という 一概念に注目が集まっている.AiS は，各 FPGA を繋ぐ通信機構の中にアプリケーション特化の演算機構を組みこ み，通信 × 演算の密結合型機構の実現とそれによるシステム性能の向上を提案している.筑波大学計算科学研究セン ターでは，宇宙輻射輸送シミュレーションコード ARGOT (Accelerated Radiative transfer on Grids using Oct-Tree) を開発 し，これに AiS を応用することで，シミュレーションシステムの高速化を目指す研究が進められている.本研究では， ARGOT のうち ART (Authentic Radiation Transfer) スキームを FPGA で高速化することを提案する.ART は3次元格 子空間を扱うため，これに由来するランダムに近いメモリアクセス制御は FPGA による解決を期待できる.一方，演 算時に発生する膨大なメッシュデータのメモリアクセスについては，FPGA 内の BRAM 等に保存することが難しく， 性能低下の原因となっていた.そこで本稿では HBM (High Bandwidth Memory) に着目し，これを用いた ART スキー ムの実装について提案する.まず，Xilinx Alveo U280 における HBM のメモリアクセス性能について議論する.続け て，HBM からメッシュデータを読み出す場合の SPM (Scratchpad Memory) として On-chip RAM(BRAM・URAM)を 用いることを想定し，メモリアクセスがボトルネックとならない SPM へのアクセス率の検証と，外部メモリへのアク セス回数を減らすための工夫に関して議論を行う. |
| 抄録(英) | Due to the advantages of multiple FPGAs as accelerators for High Performance Computing, AiS is receiving increased attention as a system. AiS has application-specific system in the low-latency communication-enhanced interconnect between each FPGA, and which suggests improvement of the performance. In Center for Computational Sciences in University of Tsukuba, ARGOT (Accelerated Radiative transfer on Grids using Oct-Tree) is developed as simulation code for cosmic radiative transfer. This application are investigating to apply to the AiS for the sake of increase performance of the simulation. The suggestion of this study is FPGA-based acceleration for ART(Authentic Radiation Transfer) scheme in the ARGOT. FPGAs will solve a control for the random-like access caused by what ART uses the three-dimensional mesh grids. However, it is difficult to store a huge amount of mesh data generated when the calculation is done only to On-chip Memory in FPGAs, which was a cause of performance degradation. To improve the performance, this paper suggests the implementation of the ART scheme with HBM (High Bandwidth Memory). At first, the discussion about memory access performance for HBM and Xilinx HBM subsystem on Xilinx Alveo U280. Subsequently, intending to utilize On-chip RAM (BRAM・URAM) as SPM (Scratchpad Memory) when reading mesh data from HBM, we discuss the access rate to SPM where the memory access is not a bottleneck and the suggestion for decreasing the number of accesses to Off-chip memory. |
| キーワード(和) | FPGA / HBM / 高性能計算 / 宇宙輻射輸送シミュレーション / ART / ARGOT |
| キーワード(英) | FPGA / HBM / HPC / Cosmic Radiative Transfer Simulation / ART / ARGOT |
| 資料番号 | RECONF2020-24 |
| 発行日 | 2020-09-03 (RECONF) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | RECONF |
|---|---|
| 開催期間 | 2020/9/10(から2日開催) |
| 開催地（和） | オンライン開催 |
| 開催地（英） | Online |
| テーマ（和） | リコンフィギャラブルシステム，一般 |
| テーマ（英） | Reconfigurable system, etc. |
| 委員長氏名（和） | 柴田 裕一郎(長崎大) |
| 委員長氏名（英） | Yuichiro Shibata(Nagasaki Univ.) |
| 副委員長氏名（和） | 佐野 健太郎(理研) / 山口 佳樹(筑波大) |
| 副委員長氏名（英） | Kentaro Sano(RIKEN) / Yoshiki Yamaguchi(Tsukuba Univ.) |
| 幹事氏名（和） | 三好 健文(イーツリーズ・ジャパン) / 小林 悠記(NEC) |
| 幹事氏名（英） | Takefumi Miyoshi(e-trees.Japan) / Yuuki Kobayashi(NEC) |
| 幹事補佐氏名（和） | 中原 啓貴(東工大) / 竹村 幸尚(インテル) |
| 幹事補佐氏名（英） | Hiroki Nakahara(Tokyo Inst. of Tech.) / Yukitaka Takemura(INTEL) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Reconfigurable Systems |
|---|---|
| 本文の言語 | JPN-ONLY |
| タイトル（和） | FPGAに組み込まれたHBMの効率的な利用とその考察 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | FPGA / FPGA |
| キーワード(2)（和/英） | HBM / HBM |
| キーワード(3)（和/英） | 高性能計算 / HPC |
| キーワード(4)（和/英） | 宇宙輻射輸送シミュレーション / Cosmic Radiative Transfer Simulation |
| キーワード(5)（和/英） | ART / ART |
| キーワード(6)（和/英） | ARGOT / ARGOT |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 古川 和輝 / Kazuki Furukawa |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 筑波大学(略称：筑波大) University of Tsukuba(略称：Univ of Tsukuba) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 横野 智也 / Tomoya Yokono |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 筑波大学(略称：筑波大) University of Tsukuba(略称：Univ of Tsukuba) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 山口 佳樹 / Yoshiki Yamaguchi |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 筑波大学(略称：筑波大) University of Tsukuba(略称：Univ of Tsukuba) |
| 第 4 著者 氏名（和/英） | 吉川 耕司 / Kohji Yoshikawa |
| 第 4 著者 所属（和/英） | 筑波大学(略称：筑波大) University of Tsukuba(略称：Univ of Tsukuba) |
| 第 5 著者 氏名（和/英） | 藤田 典久 / Norihisa Fujita |
| 第 5 著者 所属（和/英） | 筑波大学(略称：筑波大) University of Tsukuba(略称：Univ of Tsukuba) |
| 第 6 著者 氏名（和/英） | 小林 諒平 / Ryohei Kobayashi |
| 第 6 著者 所属（和/英） | 筑波大学(略称：筑波大) University of Tsukuba(略称：Univ of Tsukuba) |
| 第 7 著者 氏名（和/英） | 朴 泰祐 / Taisuke Boku |
| 第 7 著者 所属（和/英） | 筑波大学(略称：筑波大) University of Tsukuba(略称：Univ of Tsukuba) |
| 第 8 著者 氏名（和/英） | 梅村 雅之 / Masayuki Umemura |
| 第 8 著者 所属（和/英） | 筑波大学(略称：筑波大) University of Tsukuba(略称：Univ of Tsukuba) |
| 発表年月日 | 2020-09-11 |
| 資料番号 | RECONF2020-24 |
| 巻番号（vol） | vol.120 |
| 号番号（no） | RECONF-168 |
| ページ範囲 | pp.30-35(RECONF), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2020-09-03 (RECONF) |