◆ 計算力時代到来…スパコン技術研究コーナ ◆ 多ビット浮動小数点演算 CPU の 100 倍も可能! ご購入はこちら 小型 FPGA スパコンの 勘どころ 中里 直人，台坂 博，石川 正 高性能計算を実現するには，いろいろな方法が考え られます．FPGA は，任意の論理回路を実装できるた め，計算対象のアプリケーションに最適化した演算方 法を実装できます． ここでアプリケーションとして考えるのは，理学や工 学で必要な数値計算です．筆者らは素粒子物理用に最 適化して高精度な浮動小数点演算を行える計算システ ム「G9MPX」を FPGA によって構築しました（写真 1） ． FPGA の特徴を生かして多倍長精度浮動小数点演算を 直接実行することにより，CPU でのエミュレーション 性能を 100 倍以上上回る高性能演算を実現しました． 今回紹介する 超多ビット浮動小数点計算用スパコン G9MPX システムは，現在，高エネルギー加速器研 究 機 構 に て 数 値 積 分 の 演 算 に 利 用 さ れ て い ま す． GRAPE-MPX と呼ばれるアーキテクチャにより設計 構築した計算機システムです． 1 ノード分 ● ハードウェア システム全体は，1 台のファイル・サーバ（NFS/ NIS/GW），6 台の FPGA 計算ノード（インテル Xeon E5-2687w v3 × 2，128G バイト・メモリ）の他，評価 用の GPU 計算ノードで構成されています（図 1）． FPGA 計算ノードのうち 4 台のホストには，それぞ （a）システム・ラック れに 8 枚の Arria V ボードを搭載しています．システ ム全体では，32 枚の FPGA ボードが利用できること になります． ホスト計算機のメイン・ボードには，PCI Express スロットが多い SuperMicro 社の X10DR を選びまし た．PCI Express x8 ス ロ ッ ト を 11 本（Gen3 × 10， Gen2 × 1）搭載しているものです． 浮動小数点フォーマットは，以下の 3 種類を想定し ています（符号 1 ビットは共通）． ・MP4：指数部 15 ビット，仮数部 112 ビット ・MP6：指数部 15 ビット，仮数部 176 ビット ・MP8：指数部 15 ビット，仮数部 240 ビット 本システムの理論的性能を表 1 に示します． 2017 年 3 月号 （b）計算ノード（1 ノード分） 写真 1 独自フォーマットの浮動小数点演算を CPU よりも 100 倍 高速にできる FPGA スパコン 4.5U のスペースに 1 ノードを設置している 139
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