コンピュータアーキテクチャ研究の最新動向〜ISCA2015参加報告〜＠FPGAエクストリーム・コンピューティング第7回 (#fpgax #7)

コンピュータアーキテクチャ研究の
最新動向
∼ISCA2015参加報告∼
高前田伸也
奈良先端科学技術大学院大学情報科学研究科
E-mail: shinya_at_is_naist_jp
2015年8月2日
FPGAX #7 Lightning Talk

自己紹介
奈良で計算機の
研究をしています
「Python+FPGA」
が最近のテーマ
最近のプロダクト
Veriloggen
PythonでHDLを
組み立てるLib
GitHubからどうぞ！
[github veriloggen]
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 2
実行
Verilog HDLPython

IEEE/ACM ISCA (International Conference on
Computer Architecture)
n  コンピュータアーキテクチャのトップ国際会議
l  今年は米国ポートランドでPLDIやHPDC等と同時開催 (FCRC)
l  MICRO, ASPLOS, HPCAを全部通すとグランドスラムらしい
n  今年の採択率: 19.0%（FPGA系よりもかなり難しい）
l  投稿数: 305
l  採択論文数: 58
n  10のチュートリアル・13のワークショップ
l  今後流行るテーマは本会議よりもワークショップに多い
n  FCRC全体で数千人の参加者・ISCA単体で1000名近い
l  企業展示がないCS系国際会議の中では結構大きいのでは？
l  日本からはISCAには10名強の参加（少ない･･･）

キーノート会場

ランチ会場

注目のワークショップ
n  ASBD: 5th WS on Architectures and Systems for Big data
l  ニアデータ処理 (NDP) の発表が多数
•  ビッグなデータは動かすだけで電力を馬鹿食いする
n  CAMEL: 1st WS on Computer Architecture for Machine
Learning
l  機械学習のためのアーキテクチャに関するWS
n  CARL: 4th WS on the Intersections of Computer
Architecture and Reconfigurable Logic
l  FPGAシステムに関するWS
•  今年はIntel, Convey, IBM, MSRの企業のプレイヤーによる発表
n  NeuroArch: 2nd WS on Neuromorphic Architectures
l  楽しみにしていたのにキャンセルされた･･･

CARL2015

CARL2015
n  メジャープレイヤーによる講演
l  Intel: Xeon+FPGA
•  詳しくは: http://qiita.com/kazunori279/items/3731e51c2987acb860ff
l  Convey/Micron: Memcached and Imagemagick
•  Automata processing: FPGAのLUTをもっと賢くした感じ
l  IBM: Text Analysis
•  Power+FPGA via CAPI
l  Microsoft: Machine learning
•  Catapult

本会議のテーマ（一部）（１）
n  データセンターアーキテクチャ
l  Machine learning as a service
l  リソース管理
n  並列アーキテクチャ
l  競合検出・一貫性管理
n  性能解析
l  ハードウェアトランザクショナルメモリの性能解析
n  GPUアーキテクチャ
l  Warp management
n  アクセラレータ
l  In-memory processing
l  データフローアーキテクチャ

本会議のテーマ（一部）（２）
n  プロセッサ（CPU）アーキテクチャ
l  コアアーキテクチャ：命令スケジューリング・投機実行
n  メモリシステム
l  仮想メモリ管理
l  DRAMキャッシュ
l  スクラッチパッドとキャッシュの共存
n  ディペンダブルアーキテクチャ
l  メモリ上のデータ保護
n  組み込みシステム
l  IPコアベース設計手法
l  低消費電力インターコネクト

プロセッサアーキテクチャ
n  シングルのコアアーキテクチャの研究が元気！
l  少し前はマルチコア・メニーコアばかりだった
•  マルチコアもメニーコアも良いコアを並べたものなので結局
コアアーキテクチャの改良に行き着く
n  LaZy Superscalar [Asilioglu+, ISCA'15]
l  演算結果が必要になるまで計算しないスーパースカラ
n  Branch Vanguard [McFarlin+, ISCA'15]
l  In-orderプロセッサで分岐命令を予測と解決に分解
コンパイラとの協調で高性能化（In-orderコアは電力効率高）
n  DynaSpAM [Liu+, ISCA'15]
l  OoOコアの命令スケジューリング結果を使って密結合データフ
ローアクセラレータに命令配置・効率的実行

DynaSpAM [Liu+, ISCA'15]
n  OoOコアの命令スケジューリング結果を使って密結合
データフローアクセラレータに命令配置・効率的実行
n  OoOコアの命令スケジューリング等に要する電力を削減
l  8-issue OoOと比較して1.42倍高速・23.9%消費電力を削減

ニア（メモリ・データ）プロセッシング
n  半導体プロセス微細化によって、演算に要する電力より
もデータの移動に要する消費電力が相対的に増加
n  ニアデータプロセッシング
l  SSDやメモリの近くで計算
n  インメモリプロセッシング
l  メモリの「中」で計算する
Off-chip Memory
(DRAM, etc.)
Memory Controller
NoC/LLC
L2 Cache
L1 Cache
Core
L0 Cache
NDP Core
一般的なコア
○キャッシュでの
データ囲い込みで
高性能・高電力効率
キャッシュミス時の
レイテンシ大・消費電力大
NDPコア
○キャッシュミス時の
レイテンシ小・省電力
キャッシュによる
データ囲い込みは不向き
データ移動距離大
データ移動距離小
[1] M. Anders,et.al.”High-Performance Energy-Efficient NoC Fabrics:
Evolution and Future Challenges”, NOCS 2014

Tesseract [Ahn+, ISCA'15]
n  HMCの内部バンド幅が使えれば超高性能なのに･･･
l  →HMC中にコアを入れちゃえ

PIM-Enabled Instructions [Ahn+, ISCA'15]
n  プロセッシングインメモリのためのISA・アーキ
l  メモリ側で計算することで
性能と電力効率が改善する
n  もちろん
プログラミングが難しい
l  次はプログラミングモデル
がアツい！？

まとめ
n  ISCA2015に行ってきました！
l  データセンターからプロセッサアーキテクチャ、
メモリシステムまで計算機アーキテクチャは幅広い
l  FPGAへの注目は高いけどアーキテクチャはそれだけじゃない
l  一旦下火になったネタが復活することもある
•  プロセッサ（コア）アーキテクチャ
l  データの近くで計算するのは今後もしばらく流行
•  ニア・メモリ、ニア・ストレージ
•  ニア・インターフェース（ネットワーク）
•  イン・メモリ、イン・ストレージ
n  コンピュータアーキテクチャ楽しいです(^p^)

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