研究室紹介OPAL-RING
成見 研究室
ハイパフォーマンスコンピューティングに関連する
ソフトウェア／ハードウェアの研究
| 所属 | 大学院情報理工学研究科 情報・通信工学専攻 |
|---|---|
| メンバー | 成見 哲 教授 |
| 所属学会 | 情報処理学会、ＩＥＥＥ |
| 研究室HP | http://narumi.cs.uec.ac.jp/ |
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掲載情報は2015年8月現在
- 成見 哲
Tetsu NARUMI
- キーワード
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コンピュータシミュレーション、ＨＰＣ（ハイパフォーマンスコンピューティング、高性能計算）、演算装置、アクセラレータプロセッサ、ＧＰＵ、グラフィックカード、ＧＰＧＰＵ（ＧＰＵによる汎目的計算）、数値アクセラレータ、ＦＰＧＡ、ＫＮＯＰＰＩＸ for CUDA、ゴードン・ベル賞
研究概要
ＧＰＵを用いた科学技術計算の高速化
現代の科学のさまざまな分野でコンピュータシミュレーションは不可欠な技術となっている。例えば、地球温暖化の予測、宇宙の成り立ちの解明、生体高分子やウイルスの分子構造の解析、為替等の市場予測など幅広い分野でシミュレーション技術が使われている。
このような最先端のコンピュータシミュレーションを行うためには、ＨＰＣ（ハイパフォーマンスコンピューティング）が必要となる。さらに、大規模科学技術計算などのＨＰＣを行うためには高速演算が可能なスーパーコンピュータが必要になる。ご存知のとおり、スーパーコンピュータは非常に高価で、簡単に利用できるものではない。
そこで、専用計算機の数値アクセラレータプロセッサの設計を行っていた成見は、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）に着目した。ＧＰＵとは、描画専用の演算装置（プロセッサ）だが、特別なものではなく、一般的なＰＣのグラフィックカードにも搭載されている。現在のＰＣゲームの画像は非常に高度になっており、複雑なテクスチャやストラクチャーを高速に動かすのに必要だからだ。
宇宙の大規模構造のシミュレーション
- 分子間の引力を疑似体験
当研究室では、このＧＰＵの能力を高速演算に活かすための研究を行っている。具体的には、ＧＰＵを高速演算に利用するためのプログラミングと、それを組み合わせる並列処理のソフトウェアを組んで大規模科学技術計算を行う。
長崎大学との共同研究、宇宙の成り立ちを解析する「宇宙の大規模構造のシミュレーション」では、45億粒子の動きをシミュレートするために、７６０個のＧＰＵを使って演算を行った。この研究で使用したシステムは１５８テラフロップスという高性能を達成し、同様の処理を行うためのスーパーコンピュータなら数十億円かかるところを４０００万円程度で実現した。このように、比較的安価なＧＰＵを利用することで、高度なシミュレーションの敷居を低くすることができるのだ。
当研究室では、他にもＧＰＵを使った数値アクセラレータを使って、たんぱく質の性質などを調べる分子動力学シミュレーション、乱流の正確な計算を行う渦法、物理法則に則った世界を実現する仮想物理世界、さらに他の研究室と共同でコンピュータ囲碁などの研究も行っている。
アドバンテージ
制約が多いＧＰＵで高速演算を行うための豊富なノウハウ
- USBブートが可能な
KNOPPIX for CUDA
GPUはもともと描画処理を行うための演算装置なので、CPUなどとは違い、オープンにされている情報が少ない。しかも、コア数が多かったり、キャッシュメモリの容量が少なかったりと制約が多く、高速演算に利用するためにはそれなりのノウハウが必要になる。
当研究室では、GPUを使った演算で既にさまざまな実績を挙げており、GPUの機能を理解するハードウェアの面でも、並列計算を行うソフトウェアの面でも一日の長があると言える。
ＫＮＯＰＰＩＸ ｆｏｒ ＣＵＤＡ
また、ＧＰＵを使った高速演算をより手軽に利用できるように、Ｌｉｎｕｘをカスタマイズして、ＧＰＵ向けの開発環境やデモプログラムをセットにした「ＫＮＯＰＰＩＸ ｆｏｒ ＣＵＤＡ」を開発した。このＯＳはＤＶＤやＵＳＢメモリーからブートが可能なので、ＧＰＵを使った高速演算が簡単に体感できる。開発環境も同梱されているので、デモプログラムを変更して、ＧＰＵで高速演算するための基礎を学んで、自分で別のシミュレーションプログラムを作ることも可能だ。
ＦＰＧＡを用いたマルチディスプレイ
高速演算以外にも、可視化の研究も行っている。その成果の１つが、複数のディスプレイを並べて1つの画像を表示する、ＦＰＧＡ（書き換え可能なロジック）を用いたマルチディスプレイだ。マルチディスプレイ自体はそれほど珍しいものではないが、当研究室が開発しているものは、ＦＰＧＡを同期に利用したものだ。それにより、複数台のディスプレイを使用しても正しく３Ｄ画像を表示できる、ディスプレイの枠部分を間引いて表示するなど、さまざまな付加価値が付いていることが大きな特徴だ。
ゴードン・ベル賞受賞
現実に、成見も参加した長崎大学を中心とするグループの、ＧＰＵを使ったシミュレーションがＨＰＣに関するハードウェア／ソフトウェアの技術開発に貢献する分野で最高の成果を出し、ＩＥＥＥコンピュータ協会から２００９年「ゴードン・ベル賞」コストパフォーマンス部門賞を受賞した。
今後の展開
次世代の日本を支えるハードウェア技術者の育成
- 分子動力学シミュレーション専用ボード MDGRAPE-3
計算機は数十年後の社会の基盤になりうると考えている。コンピュータを使ってなにかをやりたいと思った時に、その作業に最適なハードウェアを用意することは重要なことであり、今後、ますます必要とされる技術となるであろう。しかし、現状のコンピュータに関しては、ソフトウェア重視になってハードウェアを研究する機会が減少している。そんな傾向に少なからず危機感をいだきながら、授業や研究の中で１人でも多くの学生にハードウェアに対して興味を持ってもらい、未来の日本を担う人材を育てていけたらと思っている。
ＦＰＧＡを使ったマルチディスプレイの応用
また、ＦＰＧＡを使ったマルチディスプレイは、さまざまな分野に応用できることから、産学連携を行い、教育や商業などさまざまな分野で利用できるようにしていきたいと考えている。
- 数々の市販GPUをテストしている
- PS3を実験用に導入