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たかよしこやぎ
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1 並列計算並列実行による高速化ソリューション MathWorks Japan アプリケーションエンジニアリング部アプリケーションエンジニア吉田剛士 2012 The MathWorks, Inc. 1

2 アジェンダ MATLAB R2012b ハイライト PCT / MDCS 新機能ハイライト Simulink プロダクトの並列化まとめ 2

3 MATLAB R2012b のハイライト 1 新しいデスクトップ使用頻度の高い機能を整理見つけやすくデータのインポートテキストファイルの対話的入力数値テキスト日付処理強化 3

4 MATLAB R2012b のハイライト 2 アプリケーション各 Toolbox が提供する様々な GUI アプリを一覧 ( ギャラリー ) ユーザ作成 GUI アプリのパッケージ化配布インストールの簡単化ヘルプの再設計閲覧機能検索機能フィルター処理機能が向上 4

5 アジェンダ MATLAB R2012b ハイライト PCT / MDCS 新機能ハイライト Simulink プロダクトの並列化まとめ Desktop Computer Parallel Computing Toolbox Computer Cluster MATLAB Distributed Computing Server Scheduler 5

6 Parallel Computing Toolbox & MATLAB Distributed Computing Server デスクトップ Parallel Computing Toolbox コンピュータクラスタ MATLAB Distributed Computing Server スケジューラ 6

7 R2012x の新機能 R2012a Parallel Configuration から Cluster Profile へ変更 GPU サポート関数の拡大 beta / bsxfun / det / inv / fftn / ifftn / R2012b GPU サポート関数の拡大 mpower / convn / var / cov / サポート製品の拡大 7

8 並列化対応製品一覧 Bioinformatics Toolbox Communication System Toolbox Embedded Coder Global Optimization Toolbox Image Processing Toolbox Model-Based Calibration Toolbox Neural Network Toolbox Optimization Toolbox Robust Control Toolbox Signal Processing Toolbox Simulink Coder Simulink Control Design Simulink Design Optimization Statistics Toolbox SystemTest 8

9 Web: 並列化対応製品 9

10 Neural Network Toolbox GPU computing support for training and simulations 学習プロセスの並列化 (CPU) の例 >> % 並列計算用プロセスの起動 >> matlabpool open >> >> % 学習の並列化 >> net2 = train(net1, x, t, 'useparallel', 'yes'); 学習プロセスの並列化 (GPU) の例 >> net2 = train(net1, x, t, 'usegpu', 'yes'); 10

平均分散最大値最小値秒 5 4 3 2 1 0 y f ( x, x2,, x 1 n 1 core 4

11 Demo: 加速度データからの動作予測 Input (24 変数 ) - 左手 : 12 変数 x,y,z 方向の各加速度に対する平均分散最大値最小値 - 右手 : 12 変数 x,y,z 方向の各加速度に対する平均分散最大値最小値秒 y f ( x, x2,, x 1 n 1 core 4 cores GPU Tesla C2050 ) Output - 読書 - キータイプ - マウス操作 - 文字筆記 - 静止 11

12 MATLAB における機械学習 Neural Network Support Vector Machine Input y f ( x, x2,, x 1 n ) Output Decision Tree 12

13 Statistics Toolbox : Computation of decision trees on multiple bootstrap replicates uses multi-processors TreeBagger class バギング (Bootstrap Aggregating) 法やランダムフォレスト法を扱うためのクラスツリーの並列生成 >> % 並列計算用プロセスの起動 >> matlabpool open >> % 並列オプションの設定 >> opt = statset('useparallel', 'always'); >> % 決定木の並列化 >> b = TreeBagger(nTrees, X, Y, OOBVarImp, on, categorical, 6, 'minleaf', leaf, 'Options', opt); 13

14 Demo: アンケートからの性格分類 H A B G C F E D Input - 40 の設問からなるアンケート y f ( x, x2,, x 1 n ) Output - 8 つのグループ学習時間の比較秒 core 2 cores 4 cores 6 cores 14

15 アジェンダ MATLAB R2012b ハイライト PCT / MDCS 新機能ハイライト Simulink プロダクトの並列化まとめ 15

- なし : ワーカー ( 計算プロセス ) に対して何もしない - ベースワークスペースへコピー :

16 Simulink Coder Parallel building for large model reference hierarchies パラレルビルドの準備ビルドに対する MATLAB ワーカー初期化 - なし : ワーカー ( 計算プロセス ) に対して何もしない - ベースワークスペースへコピー : ベースワークスペースにある変数をワーカーに送信する - 最上位モデルの読み込み : モデル起動時に読み込まれる変数をワーカーに送信する 16

パラレルビルドのベンチマーク環境 CPU: Intel Xeon W3690 @ 3.

17 パラレルビルドのベンチマーク環境 CPU: Intel Xeon 3.47GHz (6-cores) Memory: 24GB OS: Win7 SP1 Compiler: Microsoft Visual Studio 64-bit Edition MATLAB: R2012a ベンチマーク総ブロック数 323,976 を有するモデルで計測

18 SLDV: Simulink Design Verifier テストケース自動生成解析プロパティ検証要求仕様設計エラー検出検証仕様入力と出力との間に矛盾が無いことを形式的手法に証明ゼロ割やオーバーフローなどの検出オーバーフロー可能性あり反例となる入力ベクタを作成 18

19 例 : テストケース生成の並列実行 Parallel For-Loop による検証の並列化 >> ModelList = { sldvdemo_cruise_control ; 'sldvdemo_design_error_detection'}; >> opts = sldvoptions; >> opts.mode = TestGeneration ; % テストケース生成を選択 >> % 並列計算用プロセスの起動 >> matlabpool open 2 >> >> parfor n = 1:length(ModelList) end load_system(modellist{n}); sldvrun(bdroot, opts); % 検証の実行 TIPS sldvrun 実行の際は MATLAB プロセスと検証用プロセス dvoanalyzer.exe が起動するので matlabpool open 時にコア数の半分の値を指定するのが効果的 19

20 SLVV: Simulink Verification and Validation モデルカバレッジ測定仕様とモデル間のトレーサビリティ設定モデルアドバイザ ( モデルのスタイルチェック ) GUI からのモデルチェックの実行指摘に従い修正 ( 自動修正も有 ) レポート生成カスタムチェックの追加 TT,TF,FT 制御モデルモデルから仕様書へ仕様書からモデルへ Word Excel DOORS MKS Integrity 任意モデルカバレッジレポート Decision Condition MC/DC Word Excel DOORS MKS Integrity 任意 20

21 例 : モデルアドバイザの並列実行 >> matlabpool open % 並列計算用プロセスの起動 >> >> SysList = {'sldemo_auto_climatecontrol/heater Control',... >> 'sldemo_auto_climatecontrol/ac Control'}; >> [fail, warn] = run_configuration(syslist); function [fail, warn] = run_configuration(syslist) filename = 'slvnvdemo_mdladv_config.mat'; fail = 0; warn = 0; SysResultObjArray = ModelAdvisor.run(SysList, 'Configuration', filename); for n = 1:length(SysResultObjArray) fail = fail + SysResultObjArray{n}.numFail; warn = warn + SysResultObjArray{n}.numWarn; end 21

22 アジェンダ MATLAB R2012b ハイライト PCT / MDCS 新機能ハイライト Simulink プロダクトの並列化まとめ 22

23 まとめ新しいリリースとともに Parallel Computing Toolbox および MATLAB Distributed Computing Server との連携製品が拡大 Simulink 関連製品特にコード生成や検証系の製品との親和性が高い Desktop Computer Parallel Computing Toolbox Computer Cluster MATLAB Distributed Computing Server Scheduler 23

License Manager MATLAB Toolboxes MATLAB Compiler

24 MATLAB Production Server Computer Cluster Web Browser MATLAB Production Server End User License Manager MATLAB Toolboxes MATLAB Compiler Shared Directory 特徴 MCR ( ランタイム ) をサーバで一元管理クラスタ環境をサポート 24

25 アプリケーション配布のフロー 1 Toolboxes MATLAB デスクトップ 3 End User 2 MATLAB Compiler 4.exe MATLAB Compiler 25

MATLAB® における並列・分散コンピューティング ~ Parallel Computing Toolbox™ & MATLAB Distributed Computing Server™ ~

MATLAB® における並列・分散コンピューティング ~ Parallel Computing Toolbox™ & MATLAB Distributed Computing Server™ ~ MATLAB における並列分散コンピューティング ~ Parallel Computing Toolbox & MATLAB Distributed Computing Server ~ MathWorks Japan Application Engineering Group Takashi Yoshida 2016 The MathWorks, Inc. 1 System Configuration