HPC で使えそうな FPGA 搭載 AWS F1 インスタンス 20170127

1. 田名部誠一 (Sei-Ichi Tanabe-Tanabu, Ph.D) @n_scattering seiichi.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

2. 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.2584 63924188896.55589.1000007587043 01&type=3&theater

3. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT

4. 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

5. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT

6. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT LTでは省略

7. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 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 LTでは省略

8. 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

9. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT https://ja.wikipedia.org/wiki/FPGA

10. 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

11. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT

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 • 2016年12月1日現在で開発者プレビューをリリース 27 Jan. 2017 12 /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

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 • 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT LTでは省略

14. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT

15. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT

16. 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 JAWS-UG HPC専門支部 #8 LT