田名部 誠一 (Sei-Ichi Tanabe-Tanabu, Ph.D)@n_scatteringseiichi.tanabetanabu 27 Jan. 2017

JAWS-UG HPC 専門支部 #8 LT

HPC (High-Performance Computing )

で使えそうな FPGA 搭載AWS F1 インスタンス

構成• 自己紹介と近況1. HPC とアクセラレーター2. FPGA とは3. AWS の F1 インスタンス• まとめ

27 Jan. 2017 2 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

JAWS-UG HPC 専門支部 #8 LT

https://www.facebook.com/photo.php?fbid=915610731807542&set=a.258463924188896.55589.100000758704301&type=3&theater

自己紹介 (1. メイン )• HPC (High-Performance Computing) 業務に従事 :

• 計算高速化調査・研究担当 (GPGPU, FPGA etc.)• ドキュメント・生産技術担当 etc.

• 好きな AWS サービス : • EC2 のみ

• ほかの JAWS-UG: • 最近参加できていない

27 Jan. 2017 3 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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自己紹介 (2. 興味の方向 )• 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• 映画 : 昨年 12 月のアニメ 4K は全部視聴

27 Jan. 2017 4 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

JAWS-UG HPC 専門支部 #8 LT

自己紹介 (3. 近況 )• 2016 年 7 月に同業の H社 に移籍• 何でも屋ではなくなりました。「特定用途向け」• 半年経過しました。

• 都内某所へ引っ越し (2017 年 1 月中旬 )• 通勤時間の半減 (Door-to-door で 130 分→ 65 分 )

「アクセラレーター」

• 父の逝去• 引っ越しと同時期 「並列処理」

27 Jan. 2017 5 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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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.

27 Jan. 2017 6 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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HPC (High-Performance Computing)• ノードの高速化→並列• 手計算からの脱却• 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 )

10GbE, InfiniBand, OmniPath…27 Jan. 2017 7 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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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

LT では省略

計算処理高速化の手段1. 並列計算方法を用いる• 共有メモリー型並列計算機 (OpenMP, TBB

etc. )• クラスター ( 分散メモリ型並列計算機 , MPI)

2. アクセラレーターを用いる• NVIDIA GPGPU (Tesla etc. ) + CUDA• Intel Xeon Phi ( コ ) プロセッサー

27 Jan. 2017 8 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

JAWS-UG HPC 専門支部 #8 LT LT では省略

計算処理高速化の手段3. FPGA (Field-Programmable Gate Array)• 製造後に購入者や設計者が

構成を設定できる LSI• 最適な論理回路設計をすれば、

特定の処理を高速処理可能• ハードウェアが得意な処理 ( ストリーミングな

ど ) を分担させる27 Jan. 2017 9 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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https://ja.wikipedia.org/wiki/FPGA

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

27 Jan. 2017 10 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

JAWS-UG HPC 専門支部 #8 LT LT では省略

FPGA はアクセラレーターか？• 懸念している問題点 (わりと絶望的 )• 計算プログラムを高速化するための

最適な論理回路設計ができる環境がない ?• 数値の扱いを含め、一から考えられるか ?• ハードウェア記述言語 (HDL), OpenCL などを記述できるスキルは？

• 気軽な開発機材がない、開発コスト etc.

27 Jan. 2017 11 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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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

• 2016 年 12 月 1 日現在で開発者プレビューをリリース

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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• FPGAハードウェア開発キットもリリース• Xilinx 社製 FPGAボードを搭載

(ALTERA(Intel) ではない )27 Jan. 2017 13 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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AWS の F1 インスタンスの紹介• Xilinx 社製 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27 Jan. 2017 14 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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AWS の F1 インスタンスの紹介• 現時点の状態 (希望的観測 )• 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…が外れた

• 開発キットがあるhttps://aws.amazon.com/jp/blogs/news/developer-preview-ec2-instances-f1-with-programmable-hardware/

→ 特殊な言語 (HDL) を使う必要がなく (?)　開発ができる (実際に触ってみないと何とも言えない… )

27 Jan. 2017 15 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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まとめ (希望的観測 )• HPC とアクセラレーターの役割

• FPGA の併用 : ハードウェアが得意な処理を切り出すことで高速化期待

• FPGA 搭載型 F1 インスタンス :とにかく使ってみたい

27 Jan. 2017 16 /16HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス

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