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.333,N=1 HeuristicReplacement
+Beta=0 .000,N=16
、、 一つ 一Beta=0.333,N=16
0.750.800.85 0.900.951.00 PEYield
図23:ス タ ッ ク 内 最 高 温 度(16+4)2
さ な 標 準 偏 差 が 得 ら れ て お り,そ れ 以 上 試 行 を繰 り返 し て も 冷 却 性 能 の 安 定 性 に 対 す る 寄 与 は 小 さ い.シ フ ト重 み を 増 加 させ る こ と に よ っ て も 冷 却 の 安 定 性 を 高 め る こ と が で き る が,シ フ ト重 み を 上 限 ま で(β=0.500)高 め た 場 合 で も,試 行 回 数 を 増 や し た 場 合 の 安 定 性 の 方 が 高 い 結 果 と な っ た.
図24に,冗 長PEの 集 中 配 置 の 場 合(ア レ イ サ イ ズ(16+4)×(16+4))のPE歩 留 ま り と ス タ ッ ク 内 最 高 温 度 の 標 準 偏 差 を 示 す.お お ま か な 傾 向 と し て,PE歩 留 ま
りが 中 く ら い(0.85〜0.95)の 場 合 に,標 準 偏 差 の 減 少 が 大 き い こ と が 分 か る.PE 歩 留 ま りが 非 常 に 低 い 場 合(0.85以 下)は,欠 陥 回 避 が 可 能 な 再 構 成 が 殆 ん ど 一 意
に 定 ま り,置 換 方 式 に よ る 差 が 出 に くい.ま た,PE歩 留 ま り が 十 分 大 き い と,殆 ん ど のPEを 動 か す こ と な く欠 陥 回 避 が 可 能 で あ り,や は り置 換 方 式 に よ る 最 高 温 度 の ば ら つ き の 差 が 小 さ く な る と考 え ら れ る.ま た,表12か ら 推 測 さ れ る よ う に, PE歩 留 ま り の 良 否 に か か わ ら ず,シ フ ト重 み β に よ る 安 定 性 向 上 の 効 果 よ り も, 試 行 回 数 の 増 加 に よ る 安 定 性 向 上 の 効 果 が 大 き い こ と も分 か っ た.
5.6結 論
本 論文 で は,格 子結合 型 マル チプ ロセ ッサ シス テムの ウェーハス タ ック実 装 につ
い て,網 の再構 成 方式 を改 良 す る こ とに よって冷 却性 能 を高 め る方法 を議 論 した.
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PEYield
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0.951.00
図24:ス タ ッ ク 内 最 高 温 度 の 標 準 偏 差(16+4)2
の 重 み 付 け を 行 な う 方 式 に 対 し て,複 数 の 再 構 成 を 繰 り返 し,そ の 中 か ら 冷 却 性 能 を予 測 し,最 も 冷 却 性 能 の 高 い 再 構 成 マ ッ プ を選 択 す る ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク 置 換 方 法 を提 案 し た.シ ス テ ム 全 体 の 歩 留 ま り と ス タ ッ ク 内 の 最 高 温 度 を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て 求 め た と こ ろ,従 来 の 重 み 付 け シ フ トで シ ス テ ム 歩 留 ま りが 低 下 し て い た 領 域 に お い て も,高 い シ ス テ ム 歩 留 ま り を 得 る こ と が 可 能 と な っ た.ま た, 熱 伝 導 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る ス タ ッ ク 内 最 高 温 度 は,ヒ ュ ー リ ス テ ィッ ク 置 換 方 式 を 用 い る と,重 み 付 け シ フ ト よ り も,一 層 低 い 温 度 を 得 る こ と が 可 能 で あ っ た.
ヒ ュ ー リ ス テ ィッ ク 方 式 と 重 み 付 け シ フ トは 併 用 可 能 で あ り,両 者 を 用 い る 場 合 が 最 も低 い 温 度 と な る.更 に 冷 却 の 安 定 性 に つ い て 統 計 を と っ た と こ ろ,比 較 的 少 な い 試 行 回 数 で も,ス タ ッ ク 内 最 高 温 度 の 標 準 偏 差 を 重 み 付 け シ フ ト よ り も大 幅 に小
さ く で き た.
48
層
表12:ス タック内最高 温度 の標準 偏 差(冗 長PE集 中配置)
PEArray#ofSize,QReconfig
(10+4)2
(10+4)2 (10+4)2 (10+4)2 (10+4)2 (10+4)2 (10+4)2 (10+4)2 (10+4)2
1111 1111 1111 1111 0.333 0.333 0.333 0.333 0.500
14816148161
(16+4)2 (16+4)2 (16+4)2 (16+4)2 (16+4)2 (16+4)2 (16+4)2 (16+4)2 (16+4)2
1111 11!1 1111 1111 0.333 0.333 0.333 0.333 0.500
‑←4ΩU 61ーユ4Ωり611
Avr.QMax.Q
1.67
1.37
1.26
1.25
1.65
1.33
1.33
1.21
.・
2.40 2.17 2.07 2.17 2.70 2.22 2.11 1.99 2.42 2.90
2.39 2.36 2.23 2.77 2.32 2.17 2.13 2.76
3.92 3.39 3.17 3.10 3.87
.,
3.00 3.05 3.68
6お わ り に
本論 文 で は,北 陸先端 科 学技術 大 学 院大 学 情 報科 学 セ ンターの超 並 列計 算 サ ー バ を通 じて,学 術 目的の情報科 学 セ ン ターが将 来提供 すべ き超高 速計算 サ ーバ に必 要 とされ る技 術 とその解決 方法 につ い て検討 した.
最初 に同セ ンター に これ まで導 入 され た超並 列 シス テ ムについ て検 討 し,こ れ ら の シス テムの特 徴,利 点,課 題 となってい る点 につい て議 論 した.同 セ ン ターの超 並列 シス テム を用い て,相 互結合網 の通信 性能 が シス テム全体 の性能 に与 え る影響 につい て調 べ た ところ,PE間 通信 のバ ン ド幅 が重 要 であ り,特 に通信遅 延 が シス テム全体 に大 きく影 響 す る こ とが分 か った.
相互結 合網 の トポ ロジにつ い て検討 した とこ ろ,同 セ ンターが導入 してい る よう な二次元 や 三次元 の トー ラス結 合網 が科 学技 術計 算 に適 してい るこ とが 示 され た.
三次 元 トー ラス網 の システ ムは同 セ ンターで既 に稼働 してお り,高 い計 算性 能 を有
してい る こ とが示 されてい るが,将 来 の数百万 の プ ロセ ッサ を有す るシステ ムへ の
1
拡 張 のため には,再 帰 的な結合 網が有効 で あ る ことが分 か った.再 帰 的 な トー ラス 網 と して 「 再帰 シ フ ト トー ラス相互結 合網」 につ いて詳 し く議論 した結果,本 相互 結 合網 は従来 の相互結 合網 と遜色 ない通信性 能 を有 しなが ら,非 常 に高い拡張 性が あ る こ とが分 か った.こ のため,再 帰 シフ トトー ラス相 互結合 網 は将来 の情報 セ ン ターがサ ー ビスすべ き超並 列 シス テムの基幹 となる相互結 合網 の有力 な候補 で ある と言 える.
また,実 装 手法 につ いて議論 し,シ ステ ム全 体 の高速化 の ため には,シ ステ ム を 高度 に集積 す るこ とが可能 な三次元 実装 が重要 で ある こ とを示 した.三 次元 実装 で は放 熱が重 要 な課題 で あ るが,放 熱 を考慮 して予 備PEを 選択 す る 「WSIス タック の ヒュー リステ ィック配置 方式」 を用 い る こ とによ り,ウ ェーハ ス タ ックの ス タ ッ ク内最高温 度 を大 幅 に冷却 で きるこ とが分 か った.将 来 の超高速 計算 サ ーバ を実現 す る重 要 な課題 が解 決 で きる.
これ らの知見 を踏 まえて,情 報 科学 セ ンターで既存 の シス テム を単 に購 入す るだ けで な く,本 セ ンターの研 究成 果が 反映 され た先 進 的な システ ム を開発 し,本 学 の 教 育研 究活動 に資 す る こ とを,本 研 究 の結 論 とす る.
50
参考文献
[1]佐 藤 理 史(編)."JAISTに お け る 超 並 列 関 連 研 究(1992年 度 一1993年 度)".Tech‑
nicalReportIS‑TM‑94‑000,北 陸 先 端 科 学 技 術 大 学 院 大 学,Mar.1994.
[2]佐 藤 理 史(編)."JAISTに お け る 超 並 列 関 連 研 究(1994年 度 一1996年 度)".Tech‑
nicalReportIS‑TM‑97‑3,北 陸 先 端 科 学 技 術 大 学 院 大 学,May1997.
[3]佐 藤 理 史(編)."JAISTに お け る 超 並 列 関 連 研 究(1997年 度)".TechnicalReport IS‑TM‑98‑1,北 陸 先 端 科 学 技 術 大 学 院 大 学,Apl.1998.
[4]沼 田 一 成,堀 口 進"格 子 結 合 型 マ ル チ プ ロ セ ッ サ シ ス テ ム のWSI構 成 法".信 学 論,Vol.J77‑D‑1,No.2,PP・121‑129,1994.
[51楊 愚 魯,天 野 英 晴,柴 村 英 智,末 吉 敏 則."超 並 列 計 算 機iに 向 き 結 合 網:RDT"・ 信 学 論,Vol.J78‑D‑1,No.2,pp.118‑128,1995.
[6]W.WorthKirkmanandDonnaQuammen."PackedExpornentialConnections
AHierarchyof2D‑Meshes".InProceedingoftheFifthInternationalParallel ProcessingSymposium,pp.464‑470,Apr.1991.
[7]Cho‑ChinLinandViktorK.Prasanna."Boundsonthediameterofone‑
dimenstionalPECnetworks".JournalofParallelandDistributedComputing, Vol.29,No.1,pp.1‑16,1995.
[8]井 口 寧,堀 口 進."超 並 列 計 算 機i向 き プ ロ セ ッ サ 結 合 網SRT"・ 信 学 技 報,Vol・
95,No.327,CPSY95‑69,pp.25‑30,0ct.1995.
[9]YasushiInoguchiandSusumuHoriguchi."ShiftedRecursiveTorusIintercon‑
nectionforHighPerformanceComputing".InHighPerformanceCompeting ontheInformationSuperhighway,pp.61‑66.IEEEComputerSocietyPress, Apr.1997.
[10]YasushiInoguchi,TeruoMatsuzawa,andSusumuHoriguchi."SRTIinter‑
connectionNetworkon3DStackedImplementationbyConsideringThermo‑
Radiation".InInternationalConferenceonInnovativeSystemsinBilliton,
pp.41‑51.IEEEComputerSocietyPress,Oct.1997.
[11]川 井 雅 之,井 口 寧,堀 口 進"超 並 列 計 算 機 向 き 相 互 結 合 網SRTの デ ッ ド ロ ッ ク
1
[12] Jilitlft, # Q C~ " i ~~1 pt fpl ~ l p SRT 11)1/ 3". ,IULI !, Vol. 41, No. 7, pp. 2010-2017, 2000.
[13] SangHo Chae, Jong Kim, DongSeung Kim, SungeJe Hong, and Sunggu Lee.
"DTN: A New Partitionable Torus Topology". In Proceeding of International
Conference on Parallel Processing, Vol. I, pp. 84-91, 1995.
[14] Kai Hwang and Joydeep Ghosh. "Hypernet: A Communication-Efficient
chitecture for Constructing Massively Parallel Computers". IEEE Trans. on Computers, Vol. C-36, No. 12, pp. 1450-1466, 1987.
[15] J. C. Bermond and C. Peyret. "DeBruijn and Kautz Network: A Competitor
for the Hypercube". In Hypercube and Distributed Computers, pp. 279-293.
North-Hollaud, 1989.
[16] J.Carson. The Emergence of Stacked 3D Silicon and Impacts on
tronics Systems Integration. In IEEE Int'l Conf. on Innovative Systems in Silicon, pp. 1-8, 1996.
[17] S.Horiguchi. Wafer Scale Integration. In Proc. 6th International
tronics Conference, pp. 51-58, 1990.
[18] M.J Little, J.Grinberg, S.P.Laub, J.G.Nash, and M.W.Yung. The 3-D puter. In IEEE Int'l Conf. on Wafer Scale Integration, pp. 55-64, 1989.
[19] Michael L.Campbell, Scott T.Toborg, and Scott L.Taylor. 3-D Wafer Stack Neurocomputing. In IEEE Int'l Conf. on Wafer Scale Integration, pp. 67-74,
1993.
[20] H.Kurino, T.Matsumoto, K.H.Yu, N.Miyakawa, H.Tsukamoto, and M.Koyanagi.
Three-dimensional Integration Technology for Real Time Micro-vision tems. In IEEE Int'l Conf. on Innovative Systems in Silicon, pp. 203-212,
1997.
[21] Michael J. Little and Jan Grinberg. "The 3-D Computer: An Intergrated
Stack of WSI Wafers". Wafer Scale Integration, pp. 253-318, 1989.
[22] S. Y. Kung, S. N. Jean, and C. W. Chan. "Fault-Tolerant Array Processors
Using Single-Track Switches". IEEE Trans. on Computers, Vol. 38, No. 4, Apr. 1989.
52
1