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第二回FPGAスタートアップLT
HPC (High-Performance Computing )
で使えそうな FPGA 搭載
AWS F1 インスタンス
田名部 誠一 (Sei-Ichi Tanabe-Tanabu, Ph.D)
@n_s...
構成
• 自己紹介
1. 前回の復習(さらっと):
HPCでFPGAを使ってみたい
2. AWSのF1インスタンスの紹介
3. 他社クラウド業界の動向
• まとめ
18 Dec. 2016 2 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1イ...
自己紹介
• HPC (High-Performance Computing) 業務に従事
• Ph.D: ただし活用せず
• 2016年7月に同業のH社 に
移籍
• 計算高速化調査・研究担当
(GPGPU, FPGA etc.)
• ドキュ...
自己紹介
• 科学技術への興味の継続
• 物理学・化学など: 理論・計算研究の動向のチェック
• 一般: 研究所・施設の一般公開の見学、講演会・研究会
• 健康の増進
• Physical: Ingressのミッション、生活リズムの構築
• M...
HPC (High-Performance Computing)
• 大規模科学技術計算
• 自然科学現象の理解
• 物理学・化学・バイオ・気象 etc.
• ものづくり(CAE)
• 自動車・電子デバイス etc.
• 人工知能(AI) et...
HPC (High-Performance Computing)
• ノードの高速化→並列
• クロック周波数の限界
• プロセッサーあたりの
コア数増 (マルチコア)
• ノード数増 (クラスター)
• ネットワーク接続
• 10GbE, I...
計算処理高速化の手段
1. 並列計算を用いる
• 共有メモリ型並列計算機
• クラスター(分散メモリ型並列計算機)
2. アクセラレーターを用いる
• NVIDIA GPGPU + CUDA
• Xeon Phi (コ)プロセッサー
18 De...
計算処理高速化の手段
3. FPGAを用いる(可能性)
• 製造後に設計者が構成を設定できる集積回路
• 最適な設計をすれば、特定の処理を高速に動
作
A. 汎用のプロセッサーが得意とする部分
B. ハードウェア(FPGA)が得意とする部分
を...
FPGAはアクセラレーターか?
• 過去の実例
• 2007年にMD(分子動力学)計算プログラムに
対してFPGA上で実装を試みた資料はある
• High Performance Molecular Dynamics
Simulations w...
FPGAはアクセラレーターか?
• 懸念している問題点
• 計算プログラムを高速化するためのロジック
を最適に考えられる環境がない
• 計算用の数値を含め、考えられる人は?
• HDL、OpenCLなどを記述できる人は?
• 気軽な開発機材がな...
それでもFPGAをHPCで使ってみたい
• 2007年当時に比べればFPGAの性能は向上!
• ハードウェアが得意なところを切り出せば、
高速化が期待できる!
• 単一機能を任せることはGPGPUに似ている
• ノウハウが積めれば、MD計算以外...
AWSのF1インスタンスの紹介
• FPGAボード搭載型インスタンス F1
• https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/ec2-instance-type-update-t2-r4-f1-elastic-gpu...
AWSのF1インスタンスの紹介
• インスタンスの性能
• Intel Xeon E5 2686 v4 プロセッサー
• 最大 976GiB のメモリー
• 最大 4TB の NVMe SSDストレージ
• 1~8個までのFPGAハードウェア開...
AWSのF1インスタンスの紹介
• FPGAボードの性能
• Xilinx UltraScale+ VU9P (16 nm製造プロセス)
• 288bit 幅のバスをもった 64GiB のECC機能付きメモ
リーを搭載 (4ch DDR4)
•...
AWSのF1インスタンスの紹介
• 現時点の状態
• Amazon EC2 F1インスタンス (プレビュー)
https://aws.amazon.com/jp/ec2/instance-types/f1/
→申し込みができる
• 開発者プレビ...
AWSのF1インスタンスの紹介
• 現時点の状態
• 開発キットがある
https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/developer-
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他社のクラウドの動向
• Microsoftも黙っていない
• サーバーにFPGAを搭載する
「Project Catapult」を展開中
https://www.microsoft.com/en-
us/research/project/pr...
他社のクラウドの動向
• IBM(OpenPOWER)も黙っていない
• SuperVesselクラウドサービスで、FPGA
ベースのアクセラレーション開発可能
https://japan.xilinx.com/japan/j_prs_rls/...
まとめ
• FPGAの併用: ハードウェアが得意なところ
を切り出せば、高速化が期待できる
• クラウド大手のAWS:
FPGA搭載インスタンス F1 を リリース
• 競合他社は実は先を行っている
• 開発環境は整いつつあるが、
学習コスト・...
おまけ: HPCアドベントカレンダー
• http://qiita.com/advent-calendar/2016/hpc
• まだまだ参加少数ですので、誰か書いてください。
興味があればぜひ投稿を。
18 Dec. 2016 20 /20H...
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HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1 インスタンス_20161218

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第二回FPGAスタートアップLTで話す内容です
HPC (High-Performance Computing ) で使えそうな FPGA 搭載AWS F1 インスタンス

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HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1 インスタンス_20161218

  1. 1. 第二回FPGAスタートアップLT HPC (High-Performance Computing ) で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス 田名部 誠一 (Sei-Ichi Tanabe-Tanabu, Ph.D) @n_scattering seiichi.tanabetanabu 18 Dec. 2016
  2. 2. 構成 • 自己紹介 1. 前回の復習(さらっと): HPCでFPGAを使ってみたい 2. AWSのF1インスタンスの紹介 3. 他社クラウド業界の動向 • まとめ 18 Dec. 2016 2 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  3. 3. 自己紹介 • HPC (High-Performance Computing) 業務に従事 • Ph.D: ただし活用せず • 2016年7月に同業のH社 に 移籍 • 計算高速化調査・研究担当 (GPGPU, FPGA etc.) • ドキュメント作成担当 etc. 18 Dec. 2016 3 /12HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  4. 4. 自己紹介 • 科学技術への興味の継続 • 物理学・化学など: 理論・計算研究の動向のチェック • 一般: 研究所・施設の一般公開の見学、講演会・研究会 • 健康の増進 • Physical: Ingressのミッション、生活リズムの構築 • Mental: 発達障害・精神疾患などの自己理解・日曜研究 • その他 (時間が足りない) • 映画: 今期のアニメ4Kは全部視聴 • 万年筆、その他・・・きりがない 18 Dec. 2016 4 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT ・【極音】君の名は。 ・【極爆】劇場版 艦これ ・この世界の片隅に ・聲の形
  5. 5. HPC (High-Performance Computing) • 大規模科学技術計算 • 自然科学現象の理解 • 物理学・化学・バイオ・気象 etc. • ものづくり(CAE) • 自動車・電子デバイス etc. • 人工知能(AI) etc. • 深層学習・推論 etc. 18 Dec. 2016 5 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT 前回の復習
  6. 6. HPC (High-Performance Computing) • ノードの高速化→並列 • クロック周波数の限界 • プロセッサーあたりの コア数増 (マルチコア) • ノード数増 (クラスター) • ネットワーク接続 • 10GbE, InfiniBand, OmniPath… 18 Dec. 2016 6 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT 紙と鉛筆 マルチコア (ワークステーションなど) パソコン クラスター 前回の復習
  7. 7. 計算処理高速化の手段 1. 並列計算を用いる • 共有メモリ型並列計算機 • クラスター(分散メモリ型並列計算機) 2. アクセラレーターを用いる • NVIDIA GPGPU + CUDA • Xeon Phi (コ)プロセッサー 18 Dec. 2016 7 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT 前回の復習
  8. 8. 計算処理高速化の手段 3. FPGAを用いる(可能性) • 製造後に設計者が構成を設定できる集積回路 • 最適な設計をすれば、特定の処理を高速に動 作 A. 汎用のプロセッサーが得意とする部分 B. ハードウェア(FPGA)が得意とする部分 を分担することにより高速化が期待できる 18 Dec. 2016 8 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT 前回の復習
  9. 9. FPGAはアクセラレーターか? • 過去の実例 • 2007年にMD(分子動力学)計算プログラムに 対してFPGA上で実装を試みた資料はある • High Performance Molecular Dynamics Simulations with FPGA Coprocessors • https://www.bu.edu/caadlab/rssi07_slides.pdf • なんとかがんばったけど、もっとがんばれる… 最近の情報が追えていない 18 Dec. 2016 9 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT 前回の復習
  10. 10. FPGAはアクセラレーターか? • 懸念している問題点 • 計算プログラムを高速化するためのロジック を最適に考えられる環境がない • 計算用の数値を含め、考えられる人は? • HDL、OpenCLなどを記述できる人は? • 気軽な開発機材がない、開発コストに問題 • 高速化するノウハウが? 18 Dec. 2016 10 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT 前回の復習
  11. 11. それでもFPGAをHPCで使ってみたい • 2007年当時に比べればFPGAの性能は向上! • ハードウェアが得意なところを切り出せば、 高速化が期待できる! • 単一機能を任せることはGPGPUに似ている • ノウハウが積めれば、MD計算以外のHPC用 途にも使える! • FPGA搭載のXeonプロセッサも登場(予定)! 18 Dec. 2016 11 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT 前回の復習
  12. 12. AWSのF1インスタンスの紹介 • FPGAボード搭載型インスタンス F1 • https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/ec2-instance-type-update-t2-r4-f1-elastic-gpus-i3-c5/ • Amazon Web Services (AWS) re:Invent 2016: EC2インスタンスタイプのアップデート – T2, R4, F1, Elastic GPUs, I3, C5 • 12月1日現在で開発者プレビューをリリース • ハードウェア開発キットもリリース 18 Dec. 2016 12 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  13. 13. AWSのF1インスタンスの紹介 • インスタンスの性能 • Intel Xeon E5 2686 v4 プロセッサー • 最大 976GiB のメモリー • 最大 4TB の NVMe SSDストレージ • 1~8個までのFPGAハードウェア開発キット もリリース 18 Dec. 2016 13 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  14. 14. AWSのF1インスタンスの紹介 • FPGAボードの性能 • Xilinx UltraScale+ VU9P (16 nm製造プロセス) • 288bit 幅のバスをもった 64GiB のECC機能付きメモ リーを搭載 (4ch DDR4) • CPUへの専有PCIe x16インターフェース • 約2.5億のロジックエレメント • 約6,800のDigital Signal Processing (DSP) エンジン • デバッグ用仮想JTAGインターフェース 18 Dec. 2016 14 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  15. 15. AWSのF1インスタンスの紹介 • 現時点の状態 • Amazon EC2 F1インスタンス (プレビュー) https://aws.amazon.com/jp/ec2/instance-types/f1/ →申し込みができる • 開発者プレビュー: EC2 Instances (F1) with Programmable Hardware をご覧ください。 18 Dec. 2016 15 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  16. 16. AWSのF1インスタンスの紹介 • 現時点の状態 • 開発キットがある https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/developer- preview-ec2-instances-f1-with-programmable-hardware/ →開発ができる • 個人で使おうとすると、課金が怖い(重要) 18 Dec. 2016 16 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  17. 17. 他社のクラウドの動向 • Microsoftも黙っていない • サーバーにFPGAを搭載する 「Project Catapult」を展開中 https://www.microsoft.com/en- us/research/project/project-catapult/ • BingやAzureがこの力に支え られている http://gigazine.net/news/20160926- microsoft-project-catapult/ 18 Dec. 2016 17 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  18. 18. 他社のクラウドの動向 • IBM(OpenPOWER)も黙っていない • SuperVesselクラウドサービスで、FPGA ベースのアクセラレーション開発可能 https://japan.xilinx.com/japan/j_prs_rls/2016/corp/xilinx-ibm-enable-fpga-based-acceleration-within-supervessel.html https://japan.xilinx.com/products/design-tools/software-zone/sdaccel/supervessel.html • おそらくIntel(ALTERA)も黙っていない(?) • BlueMixやSoftLayer絡みの情報はない(?) 18 Dec. 2016 18 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  19. 19. まとめ • FPGAの併用: ハードウェアが得意なところ を切り出せば、高速化が期待できる • クラウド大手のAWS: FPGA搭載インスタンス F1 を リリース • 競合他社は実は先を行っている • 開発環境は整いつつあるが、 学習コスト・課金の課題が残る 18 Dec. 2016 19 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT
  20. 20. おまけ: HPCアドベントカレンダー • http://qiita.com/advent-calendar/2016/hpc • まだまだ参加少数ですので、誰か書いてください。 興味があればぜひ投稿を。 18 Dec. 2016 20 /20HPCで使えそうなFPGA搭載AWS F1インスタンス 第二回FPGAスタートアップLT 宣伝(?)

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