東京大学情報基盤センター平成20年度公募型プロジェクト報告会

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アルゴリズム・アプリグループ会合
• 2015年8月13日（木）13:00-15:00
• 東大情報基盤センター3F大会議室他
• 出席者
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中島，片桐，大島（東大）
高橋（筑波），藤井（工学院），尾崎（芝工大）
遠隔（理研AICS）：今村，八代
遠隔（北大）：岩下，深谷
遠隔（京大）：伊田
2015/08/14
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[c/o S.Matsuoka]
2015/08/14
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ポストムーアEra （1/2）
• Moore⇒Post Moore
– （これまで）18～24ヶ月で単位面積あたりトランジスタ量が2倍⇒
その勢いでプロセッサ速度も増加
– 2025年頃：単位面積当り＝ノード当りFLOPS頭打ち
• 消費電力
• 良いニュース
– 三次元積層によりメモリバンド幅は一時的に最大1桁程度増加，
メモリ容量も増加する（最大1桁）
• 楽観的・悲観的な2つのシナリオが考えられる
– HDへの書き込み速度，容量増加，不揮発性メモリ
– ネットワーク⇒光ネットワーク
– FPGAの高度化
2015/08/14
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ポストムーアEra （2/2）
• システムとしての計算能力を高めるためには，基本的に
はノード数を増やしていくしかない
– 消費電力の制限，FPGAの導入が有望かも知れない，Grid …
• レイテンシは減らない
• あらゆる局面で階層が深化する
– メモリ：XY方向とZ方向では異なる
– キャッシュ，メモリ，ネットワーク
• このような状況に対応したソフトウェア，アルゴリズム，ア
プリケーションを整備していくことが必要
– 単純にB/F値が増える，というわけには行かない
• アーキテクチャグループmeetingのキーワード（8月11日）
– ニアメモリ・プロセッシング，Near threshold level
supercomputing，Approximate computing
2015/08/14
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科研新学術領域：2015年秋提案
• ポストポスト京，ポストムーアeraを指向したシステムソフト
ウェア，数値アルゴリズム，アプリケーションの開発
• 構成
‒ アーキテクチャ（天野（慶応））：ハードを作るのが目的ではない
‒ システムソフトウェア（松岡（東工大））
‒ アルゴリズム・アプリケーション（中島（東大））
• 若手中心
‒ 2025年度には松岡さんと中島は63歳・・・
‒ 計画班：現在40前後の人が中心となっていくべき
2015/08/14
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アルゴリズム・アプリグループの構成案
• 計画班を余り多くできないかも知れないが・・・
• アルゴリズム＋疎行列（岩下（北大））
‒ 伊田（京大），藤井（工学院）
 連携：深谷（北大），高橋（同大），美船（京大），鷲尾（東大），曽我部（名
大）
• 自動チューニング＋密行列（片桐）
‒ 今村（理研），山本（電通大），高橋（筑波大），尾崎（芝工大）
 連携：直野（日立），田中（工学院），黒田（愛媛），佐藤（NIFS），長尾（東
大）
• アプリ実装（中島）
‒ 小野（理研），八代（理研），市村（東大ERI）
 連携：羽角・佐藤（東大AORI），堀・古村（東大ERI），藤堂・常行（東大理）
2015/08/14
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アルゴリズムとしての動向
• 陰解法が息を吹き返す（廃れていたとは全く思わないが）
• 結局のところ通信，特に同期を削減したアルゴリズム
‒ 非同期通信，階層化：レイテンシを隠す
– 階層化された通信・計算：密行列，FFT（?），hCGA（下図）
– Out-of-core的手法：HD，メモリ，キャッシュ：大容量キャッシュ
• 精度保証
• FPGAを使いこなす
– if文がたくさんあるもの
• FTは松岡さんに任せる
• 計算量よりデータ移動重視
– と言うが・・・
– その恩恵はあるのか ?
– 2つのシナリオ
Fine
Level=1
Level=2
Level=m-3
Level=m-3
Level=m-2
Coarse
Coarse grid solver on a
single MPI process (multithreaded, further multigrid)
2015/08/14
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個人的にやりたいこと，やるべきこと
• Parallel-in-Time（来週AICSでセミナーあり）
‒ 非定常問題の高速化：時間方向のconcurrency
‒ 空間＋時間方向のマルチグリッド
 従来の時間積分法はPoint-wiseのJacobi，Gauss-Seideｌ等に相当
 XBraid：Lawrence Livermore National Laboratory
‒ 悪条件問題，非線形，H-Matrix
‒ Moving Mesh，AMR
• 性能評価モデル構築 for AT
‒ アーキテクチャ検討との連携上，これは必要
2015/08/14
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アプリ実装計画班（1/2）
• ターゲットアプリ
– 大気・海洋：佐藤・羽角（東大・AORI）：NICAM，COCO
– 地震・防災：堀・古村・市村（東大・地震研）：Seism3D，他
– 物性・材料：常行・藤堂（東大・物理），吉本（東大・情理）：ALPS，
他
• 主たる構成
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中島（東大）：Parallel-in-Time（大して何もできない（涙））
小野（理研）：可視化
八代（理研）：大気海洋，カプラー
市村（東大・地震研）：非線形Multi-Physics FEM
• 連携
– 佐藤，羽角（東大AORI），堀，古村（東大ERI）
– 常行・藤堂（東大・物理）
2015/08/14
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アプリ実装計画班（2/2）
• 開発・実装・評価
– 可視化，カプラー：階層性を考慮
• 実装・評価
– 疎行列ソルバー，密行列ソルバー，FFT
• FPGA
– 複雑なオペレーション
– アーキテクチャ，システムグループとの協力（塙，大島）
• 実証
– KNL（ポストT2K）：MCDRAM+DDR
– ネットワークの階層性については現状でもある程度可能か?
• 想定される公募班
– 佐野（東北大）：FPGA＋アプリケーション
– 吉本（東大・情理）：物性（第一原理）
– 松村（北大）：海洋モデル
2015/08/14
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議論，要摺り合わせ事項
• Fault Tolerance/Resilienceはシステム側で
• 検証方法・環境
– 2020年頃までに出てくるシステムでやる
– FPGAもシミュレータ
• メモリバンド幅については楽観的，悲観的な2シナリオを
考える必要あり
– 非構造格子はPost Mooreで少し良くなるかも（楽観的な場合）
• ATは疎行列も守備範囲
• レイテンシを隠蔽するアルゴリズム
– out-of-core的手法の積極的活用
• ビッグデータ向け：松岡BD-CRESTの成果活用
– グラフ，ソートにATを入れる（片桐）
• ポストペタCRESTの成果活用，機能拡張を陽に謳うべき
2015/08/14
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大気・海洋分野（佐藤）
• 新しい話は八代さん，松村さん（北大）に任せよう！
• NICAM，COCOは半陰解法
– COCO：完全にポアソン方程式を解いているのは松村版のみ
• Parallel-in-time
– 四次元データ同化との関連
2015/08/14
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地震・防災（市村）
• 非線形動的固体力学：地盤，建物，分岐アリ：FPGA有効
• （ボクセル型＋四面体）有限要素法，GMG＋混合精度
（混合メッシュかも）
– AMGを使いたい
– 安定性：収束する範囲でやっているがもっと色々やりたい
• Element-by-Elementの適用
– マトリクスの準備に時間がかかる
– 収束が速い，相対的にコスト高い：質量マトリクスで安定化
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メッシュ生成：細分化（ボクセル＋四面体）⇒京で1兆DOF
可視化：表面のみ
連成問題：地盤＋構造物：吸収条件等を考慮：力ずく
Parallel-in-TimeはGB@SC15向けにやる予定だった
– 古村さんは非線形問題を陰解法でやりたいと言うだろう
2015/08/14
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物性・材料（常行，藤堂）（1/2）
• とにかくアプリの種類が多い・・・
• 行列も様々
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意外に疎行列が多い，固有値問題：CG，前処理無し
密行列の対角化もある
強相関：密行列のSVDで解いている⇒LRAの適用?
非エルミート：非平衡の電流，強相関系第一原理等：少数派
• FFT
– 大規模問題では使われなくなりつつある⇒差分法，有限要素法
– 小規模・精度を要するケース：大規模問題で使えれば嬉しい
– ポアソン方程式を解くのにも使われているがあまり支配的でない。
• Parallel-in-Time
– Pararealの話は聞いたことある：予測子修正子法みたいなやつ
– 使えればそれはとても有効
2015/08/14
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物性・材料（常行，藤堂）（2/2）
• ポスト処理
– 物性値の計算，ナノ構造体の電気伝導
– グローバルな問題になる：行列積の計算が必要（密・疎？）
• 可視化：大規模な第一原理計算では見てもわからなくなる，
部分的に取り出すことは必要
• 定量的なモデリング手法
– 大規模な計算結果をポスト処理する，Fitting，疎視化
• FPGA
– ALPS
• 若手
– 吉本さん（東大），岩田さん（東大），重田さん（筑波）
– 全体を見通せる人が居ると良いのだが
2015/08/14

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