並列FPGA環境における通信システムCIRCUSを用いた集団通信の実装と性能評価

菊池 航平; 藤田典久; 小林 諒平; 朴泰祐

論文・著書情報

タイトル

和文:	並列FPGA環境における通信システムCIRCUSを用いた集団通信の実装と性能評価
英文:

著者

和文:	菊池航平, 藤田典久, 小林諒平, 朴泰祐.
英文:	菊池航平, 藤田典久, Ryohei Kobayashi, 朴泰祐.

言語

Japanese

掲載誌/書名

和文:	研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）
英文:

巻, 号, ページ

Vol. 2022-HPC-187(7) pp. 1-8

出版年月

2022年11月

出版者

和文:
英文:

会議名称

和文:
英文:

開催地

和文:
英文:

アブストラクト

近年，新たな HPC アクセラレータとして FPGA (Field Programmable Gate Array) が注目されている．FPGA は高速なシリアル I/O インタフェースを備えており，直接インタフェースを通じて FPGA 間の通信を行うことができる．直接通信により高い通信バンド幅を低レイテンシで扱うことができる特長は FPGA のみのものであり，問題規模の拡大や性能向上のために FPGA を並列化して用いようとする場合に大きな威力を発揮することが期待される．筑波大学計算科学研究センターでは並列 FPGA 実行を行う HPC アプリケーションの開発をサポートするため，FPGA 間通信フレームワーク CIRCUS (Communication Integrated Reconfigurable CompUting System) を開発している．CIRCUS は FPGA ネットワークにおけるルータ機能と通信 API を提供しており，OpenCL のプログラムから FPGA 間通信の記述を可能にする．しかし現状で CIRCUS が対応している通信パターンは 1 対 1 通信のみであり，通信ライブラリとして広く用いられている MPI にあるような集団通信は実装されていない．本研究の目的は，CIRCUS の上で動作する，高性能でユーザフレンドリーな集団通信APIを，並列 FPGA を利用する HPC ユーザに提供することである．この目的を実現するために，本稿では CIRCUS を用いた Allreduce 通信の設計・実装を行う．実装は 4 つの FPGA 上で正常に動作するが，CIRCUS 通信にフロー制御機能がないため性能が低下していることが分かった．この問題を回避するためには複雑なプログラミングが必要であり，余分なオーバヘッドを避けられない．この問題を解決するために，FPGA 間通信コントローラをフロー制御対応のものに置き換えることを計画している．

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