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HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス 20170127

2017年1月27日JAWS-UG HPC専門支部 #8 LTの登壇資料です。

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HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス 20170127

  1. 1. 田名部 誠一 (Sei-Ichi Tanabe-Tanabu, Ph.D) @n_scattering seiichi.tanabetanabu 27 Jan. 2017 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT HPC (High-Performance Computing ) で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス
  2. 2. 構成 • 自己紹介と近況 1. HPCとアクセラレーター 2. FPGAとは 3. AWSのF1インスタンス • まとめ 27 Jan. 2017 2 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT https://www.facebook.com/photo.php ?fbid=915610731807542&set=a.2584 63924188896.55589.1000007587043 01&type=3&theater
  3. 3. 自己紹介 (1. メイン) • HPC (High-Performance Computing) 業務に従事: • 計算高速化調査・研究担当 (GPGPU, FPGA etc.) • ドキュメント・生産技術担当 etc. • 好きなAWSサービス: • EC2のみ • ほかのJAWS-UG: • 最近参加できていない 27 Jan. 2017 3 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT
  4. 4. 自己紹介 (2. 興味の方向) • 科学技術への興味の継続 • 物理学・化学など: 理論・計算研究の動向のチェック • 一般: 研究所・施設の一般公開の見学、講演会・研究会 • 健康の増進 • Physical: Ingressのミッション、生活リズムの構築 • Mental: 発達障害・精神疾患などの自己理解・日曜研究 • その他 • 映画: 昨年12月のアニメ4Kは全部視聴 27 Jan. 2017 4 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT
  5. 5. 自己紹介 (3. 近況) • 2016年7月に同業のH社 に移籍 • 何でも屋ではなくなりました。「特定用途向け」 • 半年経過しました。 • 都内某所へ引っ越し (2017年1月中旬) • 通勤時間の半減 (Door-to-doorで130分→65分) 「アクセラレーター」 • 父の逝去 • 引っ越しと同時期 「並列処理」 27 Jan. 2017 5 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT
  6. 6. HPC (High-Performance Computing) • 大規模科学技術計算 • 自然科学現象の理解 • 物理学・化学・バイオ・気象 etc. • ものづくり(CAE) • 自動車・電子デバイス etc. • 人工知能(AI) etc. • 深層学習・推論 etc. 27 Jan. 2017 6 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT LTでは省略
  7. 7. HPC (High-Performance Computing) • ノードの高速化→並列 • 手計算からの脱却 • クロック周波数の限界 • プロセッサーあたりの コア数増 (マルチコア) • ノード数増 (クラスター) 10GbE, InfiniBand, OmniPath… 27 Jan. 2017 7 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT 紙と鉛筆 マルチコア (ワークステーションなど) パソコン クラスター LTでは省略
  8. 8. 計算処理高速化の手段 1. 並列計算方法を用いる • 共有メモリー型並列計算機 (OpenMP, TBB etc. ) • クラスター (分散メモリ型並列計算機, MPI) 2. アクセラレーターを用いる • NVIDIA GPGPU (Tesla etc. ) + CUDA • Intel Xeon Phi (コ)プロセッサー 27 Jan. 2017 8 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT LTでは省略
  9. 9. 計算処理高速化の手段 3. FPGA (Field-Programmable Gate Array) • 製造後に購入者や設計者が 構成を設定できるLSI • 最適な論理回路設計をすれば、 特定の処理を高速処理可能 • ハードウェアが得意な処理(ストリーミングなど) を分担させる 27 Jan. 2017 9 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT https://ja.wikipedia.org/wiki/FPGA
  10. 10. FPGAはアクセラレーターか? • 過去の実例 • 2007年にMD(分子動力学)計算プログラムに 対してFPGA上で実装を試みた資料はある • High Performance Molecular Dynamics Simulations with FPGA Coprocessors • https://www.bu.edu/caadlab/rssi07_slides.pdf • なんとかがんばったけど、もっとがんばれる… 最近の情報が追えていない 27 Jan. 2017 10 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT LTでは省略
  11. 11. FPGAはアクセラレーターか? • 懸念している問題点 (わりと絶望的) • 計算プログラムを高速化するための 最適な論理回路設計ができる環境がない? • 数値の扱いを含め、一から考えられるか? • ハードウェア記述言語(HDL), OpenCLなどを 記述できるスキルは? • 気軽な開発機材がない、開発コスト etc. 27 Jan. 2017 11 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT
  12. 12. AWSのF1インスタンスの紹介 • FPGAボード搭載型インスタンス F1 • https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/ec2-instance-type-update-t2-r4-f1-elastic-gpus-i3-c5/ • Amazon Web Services (AWS) re:Invent 2016: EC2インスタンスタイプのアップデート – T2, R4, F1, Elastic GPUs, I3, C5 • 2016年12月1日現在で開発者プレビューを リリース 27 Jan. 2017 12 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT
  13. 13. AWSのF1インスタンスの紹介 • インスタンスの性能 • Intel Xeon E5 2686 v4 プロセッサー • 最大 976GiB のメモリー • 最大 4TB の NVMe SSDストレージ • FPGAハードウェア開発キットもリリース • Xilinx社製 FPGAボードを搭載 (ALTERA(Intel)ではない) 27 Jan. 2017 13 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT LTでは省略
  14. 14. AWSのF1インスタンスの紹介 • Xilinx社製 FPGAボードの性能 • Xilinx UltraScale+ VU9P (16 nm 製造プロセス) • 288bit 幅のバスをもった 64GiB の ECC機能付きメモリーを搭載 (4ch DDR4) • CPUへの専有PCIe x16インターフェース • 約2.5億のロジックエレメント • 約6,800のDigital Signal Processing (DSP) エンジン • デバッグ用仮想JTAGインターフェース 27 Jan. 2017 14 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT
  15. 15. AWSのF1インスタンスの紹介 • 現時点の状態 (希望的観測) • Amazon EC2 F1インスタンス (プレビュー) https://aws.amazon.com/jp/ec2/instance-types/f1/ →申し込みができる…が外れた • 開発キットがある https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/developer-preview-ec2-instances-f1-with-programmable-hardware/ →特殊な言語(HDL)を使う必要がなく(?) 開発ができる (実際に触ってみないと何とも言えない…) 27 Jan. 2017 15 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT
  16. 16. まとめ (希望的観測) • HPCとアクセラレーターの役割 • FPGAの併用: ハードウェアが得意な 処理を切り出すことで高速化期待 • FPGA搭載型 F1インスタンス: とにかく使ってみたい 27 Jan. 2017 16 /16HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT

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