FPGAクラスタによる格子ボルツマン法専用計算機の実装と性能評価

摘要

This paper reports prototype implementation and performance evaluation of a custom computing ma-chine for the Lattice Boltzmann method (LBM) to be implemented on our tightly-coupled FPGA cluster. In general, strong scaling prevents performance from scaling with the number of computing nodes because it gets difficult to hide communication time with computing time. In our research, to solve this problem, we have proposed and developed the tightl-coupled FPGA cluster with an accelerator-domain network (ADN) to provide low-latency and high-bandwidth direct connection for FPGAs. In this paper, we describe the architecute and stream computation of the LBM custom computing machine. We evaluate its performance based on prototype implementation with a single FPGA of the FPGA cluster.%本論文では、密結合FPGAクラスタ上に構築されるLBM専用計算機の試作実装及び性能評価について述ベる。一般に、強スケーリングによる並列計算では、ノード数が増えるにつれて各ノードが担当する計算サイズが減少するため通信時間を隠蔽できなくなり、速度向上が得られなくなる。本研究では、これまで、強スケーリングにおいても高い性能スケーラビリティを達成可能なシステムを実現するため、低遅延且つ広帯域な専用ネットワークを有する密結合FPGAクラスタを提案してきた。本専用ネットワークをァクセラレータドメインネットワーク（ADN)と呼ぶ。本稿では、まずLBM専用計算機のアーキテクチャおよびストリーム計算手法について述べる。その後、FPGAクラスタ中の単一FPGAを用いた試作実装による性能評価を行う。