FaSTARのFPGA実装におけるOut-Of-Order機構の評価

摘要

CFD（Computational Fluid Dynamics）は航空機部品の設計において重要なツールとなっている．CFDパッケージの1つであるFaSTARは組み合わせて使うことのできる各種のソルバを提供しており，また格子データを自動に生成できる．しかし，FaSTARはその不規則なデータ構造からクラスタ上のソフトウェアの実行では十分な性能が得られない．例えば倍精度浮動小数点での複合代入演算子が用いられる計算では同一のデータにアクセスが複数回かつ連続で行われるため，パイプラインストールが発生しやすい．我々はリコンフィギャラブルシステムであるFPGAで構成されたFLOPS-2Dを用いてメモリアクセスの問題を改善し，FaSTARの高速化を目指す．前の研究では例に挙げた問題を解決するOut-Of-Order機構を提案し，実装した．本研究では，それの適用範囲を広げ，この機構の性能を検証した．その結果，対象となった計算全体で2．66GHzのIntel Core2Duoによるソフトウェア実行の3．21倍の高速化を達成した．%Computational Fluid Dynamics is an important tool to design aircraft components. FaSTAR is one of the most recent CFD program package with various solvers and automatic generation of grid data. However, FaSTAR is inefficient to be executed in parallel machines because of its irregular data structure. For example, calculation using compound assignment operators suffers enormous pipeline hazards caused by consectively accessing same data. Using FLOPS-2D, one of reconfigurable system constructed of FPGAs, we would like to improve the problems caused by memory access, and accelerate execution of FaSTAR. In the first step of whe work, an Out-Of-Order system was proposed. In this work, we applied this system to various algorithms, and evaluated its performance. Consequently, with FPGAs, the selected algorithms runned 3.21 times as fast as software execution on Intel Core2Duo(2.66GHz).