第二回FPGAスタートアップLTで話す内容です HPC (High-Performance Computing ) で使えそうな FPGA 搭載AWS F1 インスタンス

1. 第二回FPGAスタートアップLT
HPC (High-Performance Computing )
で使えそうな FPGA 搭載
AWS F1 インスタンス
田名部 誠一 (Sei-Ichi Tanabe-Tanabu, Ph.D)
@n_scattering
seiichi.tanabetanabu 18 Dec. 2016

2. 構成
• 自己紹介
1. 前回の復習(さらっと):
HPCでFPGAを使ってみたい
2. AWSのF1インスタンスの紹介
3. 他社クラウド業界の動向
• まとめ
18 Dec. 2016 2 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT

3. 自己紹介
• HPC (High-Performance Computing) 業務に従事
• Ph.D: ただし活用せず
• 2016年7月に同業のH社 に
移籍
• 計算高速化調査・研究担当
(GPGPU, FPGA etc.)
• ドキュメント作成担当 etc.
18 Dec. 2016 3 /12HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT

4. 自己紹介
• 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 (時間が足りない)
• 映画: 今期のアニメ4Kは全部視聴
• 万年筆、その他・・・きりがない
18 Dec. 2016 4 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT
・【極音】君の名は。
・【極爆】劇場版 艦これ
・この世界の片隅に
・聲の形

5. 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.
18 Dec. 2016 5 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT
前回の復習

6. HPC (High-Performance Computing)
• ノードの高速化→並列
• 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)
• ネットワーク接続
• 10GbE, InfiniBand, OmniPath…
18 Dec. 2016 6 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップ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
前回の復習

7. 計算処理高速化の手段
1. 並列計算を用いる
• 共有メモリ型並列計算機
• クラスター(分散メモリ型並列計算機)
2. アクセラレーターを用いる
• NVIDIA GPGPU + CUDA
• Xeon Phi (コ)プロセッサー
18 Dec. 2016 7 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT
前回の復習

8. 計算処理高速化の手段
3. FPGAを用いる(可能性)
• 製造後に設計者が構成を設定できる集積回路
• 最適な設計をすれば、特定の処理を高速に動
作
A. 汎用のプロセッサーが得意とする部分
B. ハードウェア(FPGA)が得意とする部分
を分担することにより高速化が期待できる
18 Dec. 2016 8 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT
前回の復習

9. 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
18 Dec. 2016 9 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT
前回の復習

10. FPGAはアクセラレーターか？
• 懸念している問題点
• 計算プログラムを高速化するためのロジック
を最適に考えられる環境がない
• 計算用の数値を含め、考えられる人は？
• HDL、OpenCLなどを記述できる人は？
• 気軽な開発機材がない、開発コストに問題
• 高速化するノウハウが？
18 Dec. 2016 10 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT
前回の復習

11. それでもFPGAをHPCで使ってみたい
• 2007年当時に比べればFPGAの性能は向上！
• ハードウェアが得意なところを切り出せば、
高速化が期待できる！
• 単一機能を任せることはGPGPUに似ている
• ノウハウが積めれば、MD計算以外のHPC用
途にも使える！
• FPGA搭載のXeonプロセッサも登場(予定)！
18 Dec. 2016 11 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT
前回の復習

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
• 12月1日現在で開発者プレビューをリリース
• ハードウェア開発キットもリリース
18 Dec. 2016 12 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
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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
• 1～8個までのFPGAハードウェア開発キット
もリリース
18 Dec. 2016 13 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
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14. AWSのF1インスタンスの紹介
• 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
18 Dec. 2016 14 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
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15. AWSのF1インスタンスの紹介
• 現時点の状態
• 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
• 開発者プレビュー: EC2 Instances (F1)
with Programmable Hardware
をご覧ください。
18 Dec. 2016 15 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
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16. AWSのF1インスタンスの紹介
• 現時点の状態
• 開発キットがある
https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/developer-
preview-ec2-instances-f1-with-programmable-hardware/
→開発ができる
• 個人で使おうとすると、課金が怖い(重要)
18 Dec. 2016 16 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
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17. 他社のクラウドの動向
• Microsoftも黙っていない
• サーバーにFPGAを搭載する
「Project Catapult」を展開中
https://www.microsoft.com/en-
us/research/project/project-catapult/
• BingやAzureがこの力に支え
られている
http://gigazine.net/news/20160926-
microsoft-project-catapult/
18 Dec. 2016 17 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
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18. 他社のクラウドの動向
• IBM(OpenPOWER)も黙っていない
• SuperVesselクラウドサービスで、FPGA
ベースのアクセラレーション開発可能
https://japan.xilinx.com/japan/j_prs_rls/2016/corp/xilinx-ibm-enable-fpga-based-acceleration-within-supervessel.html
https://japan.xilinx.com/products/design-tools/software-zone/sdaccel/supervessel.html
• おそらくIntel(ALTERA)も黙っていない(?)
• BlueMixやSoftLayer絡みの情報はない(?)
18 Dec. 2016 18 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
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19. まとめ
• FPGAの併用: ハードウェアが得意なところ
を切り出せば、高速化が期待できる
• クラウド大手のAWS:
FPGA搭載インスタンス F1 を リリース
• 競合他社は実は先を行っている
• 開発環境は整いつつあるが、
学習コスト・課金の課題が残る
18 Dec. 2016 19 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT

20. おまけ: HPCアドベントカレンダー
• http://qiita.com/advent-calendar/2016/hpc
• まだまだ参加少数ですので、誰か書いてください。
興味があればぜひ投稿を。
18 Dec. 2016 20 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス
第二回FPGAスタートアップLT
宣伝(?)