1. 応用事例紹介させてください
〜FPGAでエクストリームな
コンピューティングの会
〜
電気通信大学
吉見真聡

2. この発表について
• 発表者の取り組んだ研究事例の紹介
• 現在構想中のトピックについて少し紹介
• 話者紹介：吉見真聡（よしみまさと）
– 慶應義塾大学〜同志社大学〜電気通信大学(吉永研)
– もともとは科学計算専用ハードウェアの設計など
– その後，Cell/B.E.，GPU，組み込みなど，専用ハー
ドウェア，高性能アルゴリズムなどに関わる
– 速く！安く！作りやすく！

3. 生化学モデルとシミュレーション
解析モデル(ODE)
手法
確率モデル(SSA)
確率的な振る舞いを含めたモデル化
モンテカルロ・シミュレーション
 パラメータサーベイ的な性質
分子濃度を連続的な変量としてモデル
化
 モデルの構築，検証に膨大な
シミュレーションを要する
→高いスレッドレベル並列性
 パイプライン実行＋並列モジュール
3

4. FPGAを用いた化学反応シミュレー
タ
 ReCSiP (Reconfigurable Cell Simulation Platform) [2003-]
 細胞内で生じる化学反応をシミュレーションする専用計算機
 長崎大学，JST-ERATO，Caltechとの共同研究(NIH)
 並列アクセス可能なSRAMと差動シリアル通信を実装
 FPGA: Field-Programmable Gate Array
 幸せな時代：1万～10万程度のLUTで任意の論理回路を構成するLSI
 十分な数のFP演算が構成できるようになっていた
NoC型(16スレッド) SSA-FPGAの構造
FP- ヒープ＋NoC (2007)
Multiplier D D
FPGA PRNG
A
B
FP- C D D C
Logarithm
E
入力 出力
ReCSiP-3 board (2006) LUT: LookUpTable 0000 1
Xilinx Virtex-4 XC4VLX100- 出力をカスタム可能 0001 0
C F C
11FF1136 ….. 4..
1111 1

5. CUBE: 512 FPGA Cluster
 英国インペリアル・カレッジで海外研究(2009年2月～3月)
 FPGAが8x8実装されたボードを8枚重ねて運用• Verilog-HDLを用いたFP演算の実装
– IEEE754準拠の四則演算＋対数
 64ビット単方向信号で接続 • 乱数生成モジュール
– LSFR，Merssenne-Twisterなど
 ストリームアプリケーション向け計算システム • BlockRAMを利用したヒープ
 文字列編集距離で性能をCell/B.E.，GPUと比較• NoC用ルータモジュール
このころ，CPUのマルチコア化と，GPUが人気になり，
「特定のアプリでも」何百倍も高速化する夢のデバイスと 5
してのFPGAはその歴史的役割を終えつつあった．．．(‘A`)

6. 注目：PC内通信速度のギャッ
プ
フォトンマッピングしたー
い！
MBPR15(Core i7)でキャッシュに載ら
なくなるとどうなるの？マージソー

7. （想定）並列ストレージ向けFPGA
PCIe Gen3 ボード
Max FPGA: Computing
32.0GB/s and
Parallel Storage Access
SATA each
0.6GB/s
Max
0.125GB/s
GbE
NIC
FPGA-
board
Parallel accessible SSDs

8. 実現したいこと
• 並列ディスクアクセス密度の向上
– (あたりまえ) RAIDを構築
– 設置体積あたり，消費電力あたりのIO速度の向上
– 分散処理の仕組みでノード数を削減
• OSS-DBRMSのプラグインとかHadoopまわりのライブラリ
等？
• 低遅延通信の実現
– FPGA内でプリプロセス
• FusionIOやらPCI-SSDをやっつけろ

9. ご相談
• 低遅延＋IO-boundだと嬉しいアプリケー
ション教えてください
• 各位の専門分野から，こんな機能，ライブ
ラリが欲しい，という希望があれば教えて
ください