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)

1. 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

2. 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

3. 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･･･）
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 3

4. キーノート会場
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 4

5. ランチ会場
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 5

6. 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･･･
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 6

7. CARL2015
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 7

8. 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
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9. 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
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10. 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
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 10

11. 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
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12. 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
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 12

13. 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
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 13
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

14. 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
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 14

15. 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！？
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 15

16. 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^)
FPGAX#7 Shinya T-Y, NAIST 16