FPGA/GPUアクセラレータを有する高性能計算向けへテロジニアスプラットフォームと2-D FDTDへの応用

摘要

CPUとアクセラレータによるヘテロジニアスな演算処理は，高性能かつ低消費電力であることからさまざまな分野において有効である．本論文ではGPUとFPGAアクセラレータを有するへテロジニアスな演算プラットフォームを提案する．GPUは高並列で規則的な浮動小数点演算に適している．一方で，FPGAは固定小数点演算に適しているため，GPUとFPGAを組み合わせることによってさまざまな種類の演算を高速化することができる．GPUによる高速化について，単精度／倍精度ハイブリッドな浮動小数点による2-D FDTD法の高速化を提案する．電磁界のダイナミックレンジが狭い領域において単精度を活用することにより，CPUと比べて35倍，従来のGPUによる実装と比べて1.79倍の高速化を達成した．FPGAによる高速化について，演算の95％を固定小数点化した場合において，大きく精度が低下せずにCPU/GPUによる演算とほぼ同じ性能で消費電力を10分の1に削減する事ができる．