研究紹介

計算科学研究センター

プロセッサ研究チーム

チームリーダー 佐野 健太郎 (Ph.D.)
佐野 健太郎 (Ph.D.)

「京」や「富岳」では、ネットワークで接続された膨大な数の計算ノードが相互に通信し合いながら手分けして並列に処理を進めることにより、大規模な計算を高速で実行します。しかし、ノード数が多くなるにつれて通信や同期に時間がかかり、全体として計算機の規模に見合った性能を実現しにくくなります。また、昨今の大規模並列計算機は、複数のマルチコアプロセッサからなる共有メモリ型ノードを分散メモリ型並列計算機として相互に接続したものであり、その複雑な構造のために、性能を十分に引き出すためのプログラミングや最適化は困難で時間のかかる作業となっています。これに対し、当研究チームでは、処理単位である「タスク」の依存グラフとして記述した計算問題を自動的に並列化し、ハードウェア資源を適切に割り当てながら実行を進める「データフロー型」並列計算モデルの開発に取り組んでいます。依存するタスク間に限定された局所的なデータ移動や同期に基づくことにより、システム規模に応じた性能が容易に得られるようになります。

一方、機械学習やビッグデータ処理といった新しい種類の計算問題を高性能かつ低電力で実行するための計算加速機構の研究にも取り組んでいます。アルゴリズムを専用ハードウェア構造に変換し、それを回路再構成可能デバイスにプログラムし実行することで、従来のプロセッサが苦手とする処理の高速化をめざしています。

研究主分野

工学

研究関連分野

情報学 / 総合理工

キーワード

  • 計算機アーキテクチャ
  • 並列処理システム
  • リコンフィギャラブル計算
  • 高位合成
  • ハードウェアアルゴリズム

主要論文

「*」は、理研外のみでの成果です。
  1. Antoniette Mondigo, Tomohiro Ueno, Kentaro Sano, and Hiroyuki Takizawa.:
    "Scalability Analysis of Deeply Pipelined Tsunami Simulation with Multiple FPGAs"
    IEICE Transactions on Information and Systems(Special Section on Reconfigurable Systems), Vol.E102-D, No.5, pp.1029-1036 (2019).
  2. Antoniette Mondigo, Kentaro Sano, and Hiroyuki Takizawa.:
    "Performance Estimation of Deeply Pipelined Fluid Simulation on Multiple FPGAs with High-speed Communication Subsystem"
    Proceedings of 29th IEEE International Conference on Application-specific Systems, Architectures and Processors (ASAP), 4 pages (2018).
  3. *Tomohiro Ueno, Kentaro Sano, and Takashi Furusawa.:
    "Performance Analysis of Hardware-Based Numerical Data Compression on Various Data Formats"
    Proceedings of the Data Compression Conference (DCC), pp.345-354 (2018).
  4. *Kentaro Sano and Satoru Yamamoto.:
    "FPGA-based Scalable and Power-Efficient Fluid Simulation using Floating-Point DSP Blocks"
    IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems (TPDS), Vol.28, Issue.10, pp.2823-2837 (2017).
  5. *Tomohiro Ueno, Kentaro Sano, and Satoru Yamamoto.:
    "Bandwidth Compression of Floating-Point Numerical Data Streams for FPGA-Based High-Performance Computing"
    ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS), Vol.10, No.3, Article No.18 (2017).
  6. *Kohei Nagasu, Kentaro Sano, Fumiya Kono, and Naohito Nakasato.:
    "FPGA-based Tsunami Simulation: Performance Comparison with GPUs, and Roofline Model for Scalability Analysis"
    Journal of Parallel and Distributed Computing, Vol.106, pp.153-169 (2017).
  7. *Kentaro Sano, Yoshiaki Hatsuda and Satoru Yamamoto.:
    "Multi-FPGA Accelerator for Scalable Stencil Computation with Constant Memory-Bandwidth"
    IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems (TPDS), vol.25, no.3, DOI: 10.1109/TPDS.2013.51, pp.695-705 (2014).
  8. *Yoshiaki Kono, Kentaro Sano and Satoru Yamamoto.:
    "Scalability Analysis of Tightly-Coupled FPGA-Cluster for Lattice Boltzmann Computation"
    Proceedings of the 22nd International Conference on Field-Programmable Logic and Applications (FPL2012), paper# W3B1, 8 pages (2012).
  9. *Kentaro Sano, Yoshiaki Hatsuda and Satoru Yamamoto.:
    "Scalable Streaming-Array of Simple Soft-Processors for Stencil Computations with Constant Memory-Bandwidth"
    Proceedings of the 19th Annual IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines (FCCM2011), pp.234-241 (2011).
  10. *Kentaro Sano, Wang Luzhou, Yoshiaki Hatsuda, Takanori Iizuka and Satoru Yamamoto.:
    "FPGA-Array with Bandwidth-Reduction Mechanism for Scalable and Power-Efficient Numerical Simulations based on Finite Difference Methods"
    ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS), vol.3, no.4, article no.21, DOI:10.1145/1862648.1862651, (2010).

メンバーリスト

主宰者

佐野 健太郎
チームリーダー

メンバー

上野 知洋
特別研究員
宮島 敬明
特別研究員
HUTHMANN Jens Christoph
特別研究員
PODOBAS Artur
特別研究員
小柴 篤史
特別研究員

お問い合わせ先

〒650-0047 兵庫県神戸市中央区港島南町6-3-5 神戸医療イノベーションセンター

kentaro.sano [at] riken.jp
※[at]は@に置き換えてください。

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