高性能計算研究室 (HPC Lab) の紹介 High Performance Computing Lab. 静岡理工科大学総合情報学部コンピュータシステム学科 ( 兼 Web デザイン特別プログラム ) 幸谷智紀 543 研究室 幸谷研究室 @ 静岡 検索
概要 1. 幸谷智紀 個人の研究テーマ 2. 3 年生ゼミ ( 情報セミナー II) 3. 卒研テーマ 4. 過去の卒研 5. 今後について 2
1. 幸谷智紀 個人の研究テーマ 多倍長数値計算とその応用 = 高性能計算 (HPC) 悪条件問題への適用 多倍長数値計算の高速化 PC クラスタ上での並列化 マルチコア CPU/GPU 上での並列化 混合精度アルゴリズムの利用 Web アプリケーションとの連携 数学ソフトウェアの教育利用 中間的 数値計算ソフトウェア Scilab の応用 高校生向け Scilab 実習 ( 共同研究 ) Web とデータベース (DB) の応用 社会的ニーズ 3 層 Web プログラミングの教育 小規模分散 DB の応用 ( サーチエンジン等 ) 3
多倍長数値計算とその応用 普通の倍精度浮動小数点数 10 進約 16 桁 4 倍精度 32 桁広義の多倍長 ( 浮動小数点 ) 計算 8 倍精度 64 桁 多倍長精度以上 128 桁 ~10000 桁程度 並列処理して計算時間を短く アルゴリズムを工夫して計算時間を短く 4
並列処理 多倍長数値計算線型計算 ( 連立一次方程式を解く計算 ) 大規模な計算処理のためには, 処理を並列化することが必須 データの分散と収集 (+ 同期 ) のためには, 計算する拠点同士を結んでおく必要がある 5
並列処理の例 数値積分の並列化 (3 年 数値解析 1 で解説 ) 1 4 dddd = ππ 0 近似 1 nn 4 1+xx 2 nn kk=0 1 PE 4 PEs 1+ kk nn 2 ππ 倍精度計算の処理時間 ( 秒 ) 多倍長計算の処理時間 ( 秒 ) 6
443, 526 実験室のネットワーク環境 旧環境 Intel Pentium D 820 (2.8GHz) & Core i3/i7 Scientific Linux 6 x86_64 VMware Server 7
マルチコアの時代 AMD Phenom II X6 = 6コア CPU CPU : 1 コア CPU : AMD Phenom II X6 コア コア コア コア コア コア コア スレッド プログラム 消費電力 70~110W 処理時間 6 時間 スレッド スレッド スレッド スレッド プログラム スレッド スレッド 消費電力 150~200W 処理時間 1 時間 8
現在の環境 : マルチコア CPU/GPU 搭載 PC GPU のアーキテクチャ 9
現在の環境 :NVIDIA GTX1080 計算用として購入 MAGMA ( 線型計算 ) GQD(4,8 倍精度 ) Deep Learning 等等 装着前 装着後 10
GPU >> マルチコア CPU の時代 GFLOP/s 行列ベクトル積 [S,D]GEMV: Tesla C2070 45 40 35 30 GPU 25 20 15 CPU 10 5 0 0 5000 10000 Dimension SGEMV-CUBLAS SGEMV-MAGMABLAS DGEMV-CUBLAS DGEMV-MAGMABLAS GFLOP/s 行列積 [S,D]GEMM: Tesla C2070 700 600 500 400 GPU 300 200 100 CPU 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Dimension SGEMM-CUBLAS SGEMM-MAGMA DGEMM-CUBLAS DGEMM-MAGMA 11
高性能多倍長計算には どんな知識が必要か? 現在の PC クラスタは, ネットワーク +CPU/GPU のハイブリッド構成 ネットワーク Ethernet と TCP/IP PC ハードウェア構成 OS セットアップ 認証 リソース共有 プログラミング C/C++/PHP/Java etc 理論的知識 アルゴリズム 離散数学 微分積分 線型代数 統計 数値解析 12
Web とデータベース (DB) の応用 PC クラスタ構築 ネットワーク応用としての Web Web デザイン特別プログラム ( 特 P) 向けの題材 XAMPP for Windows 環境を利用 HTML( = HTML 5) PHP5 RDBMS ( = MySQL or SQLite ) プログラミングの基礎教養 広報活動 & プログラミングの基盤 サービス提供ツール ビジネス用途 13
2.3 年生ゼミ ( 情報セミナー II) 総合情報学部 2 年生向けの Web デザイン特別プログラム の PHP + DB プログラミング担当 情報セミナー II では, この延長上の演習を行う 14
3. 卒研テーマ 情報セミナー IIで培ったWebプログラミングの知識を活用し, 何かの役に立つ サービス を提供するWebサイトを構築 Android( スマートフォン ) 対応したい HTML5 + WebGLによるシミュレーション結果の可視化 その他, コンピュータ Web 等に関係するテーマも許可 ( 但し事前に相談すること ) 15
情報セミナー II 卒研のスケジュール 情報セミナー II(3 年生 ) 卒研 (4 年生 ) 7 月上旬セミナー配属決定 4 月上旬卒研計画書プレゼン 9 月下旬 ~11 月 12 月 ~1 月 PHP プログラミング &MySQL 実習 Web サイト自由制作 4 月 ~7 月中旬 7 月下旬 ~8 月下旬 2 月中旬卒研発表会見学 9 月下旬 ~11 月 前期卒研 卒研中間発表 & オープンキャンパスにてプレゼン 後期卒研 2 月下旬卒研テーマ決定 12 月卒論執筆 就職活動! & 卒研発表練習 1 月下旬 卒研概要執筆 2 月中旬 卒研発表会 卒業決定! 16
Web アプリケーションのしくみ Web サーバとクライアント ( ブラウザ ) が協調して動作するアプリケーションソフトウェア マシンパワーはサーバとクライアントで分担する 17
4. 過去の卒研 関数グラフ描画ツール MPFRgraph = MPFR/GMP + [PHP]PHPlot + [Flash] OpenFlashChart + [JavaScript] jqplot 18
関数グラフの仕組み mpfr_gexpr( ネイティブアプリ ) が式パーサ+ 多倍長計算を担当 グラフ描画はJavaScriptが実行 PHP 版,Flash 版,JqPlot 版が存在 19
名刺発行システム クリック! スマホかケータイで読取ってね! 1 必要項目を入力 2 QR コード付き名刺が発行される 20
節電アプリでコスト計算 単価 20 円 /kwh 一日 6 時間 100W を消費 360 円 / 月 お得!! 一日 1 時間 1 70W を消費 102 円 / 月 21
詳細はWebで幸谷研究室幸谷個人ページ 22
5. 今後について 高性能数値計算 (HPC) と Web プログラミングとの融合 GPGPU GPU( ビデオカード ) での高速並列計算 OpenCL(Intel, AMD, NVIDIA) or CUDA(NVIDIA) + HTML5 + WebGL= 動画付シミュレーション on Web 最新の HPC 技術を Web 上で分かりやすくデモンストレーションしたい! 23