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_scatteringseiichi.tanabetanabu 18 Dec. 2016

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

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

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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

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・【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

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

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…

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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

前回の復習

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

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

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

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

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

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

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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• 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

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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

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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

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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

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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/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

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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

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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

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

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