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 http://na-inet.jp/
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. Webデザイン特別プログラム 5. 今後について
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 (Scilab Toolbox Japan Contest 審査員 ) 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 )
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 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
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, 計算する部分をネットワークで結んでおく必要がある
数値積分の並列化 並列処理の例 1 0 4 1+x 2 dx = π 近似 1 n n k=0 1 PE 4 PEs 4 1+ k n 2 π 倍精度計算の処理時間 ( 秒 ) 多倍長計算の処理時間 ( 秒 )
443, 526 実験室のネットワーク環境 旧環境 SIST-NET Intel Pentium D 820 (2.8GHz) & Core i3/i7 NIS Domain: cs-pccluster3 11 nodes GbE PC Cluster Scientific Linux 6 x86_64 1000BASE-SW cs-room443-d01 133.88.120.88 192.168.1.21 192.168.2.1 Cs-pccluster3 NIS/NFS /home /usr/local 1000BASE-SW VMware Server cs-room443-d02cs-room443-d03 192.168.1.22 192.168.1.23 192.168.2.2 192.168.2.3 cs-room443-d04 192.168.1.24 192.168.2.4 cs-room443-d05 192.168.1.25 192.168.2.5 cs-room443-d06 192.168.1.26 192.168.2.6 cs-room443-d07cs-room443-d08 192.168.1.27 192.168.1.28 192.168.2.7 192.168.2.8 cs-room443-d09 192.168.1.29 192.168.2.9 cs-room443-d10 192.168.1.29 192.168.2.9 Cs-room443-d11 192.168.1.31
マルチコア CPU/GPU を用いた高速計算環境 GPU のアーキテクチャ AMD Phenom II X6 = 6 コア CPU CPU : 1 コア コア CPU : AMD Phenom II X6 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スレッドスレッド プログラム 消費電力 150~200W 処理時間 1 時間
GFLOP/s GFLOP/s GPU >> マルチコア CPU の時代 行列ベクトル積行列積 [S,D]GEMV: Tesla C2070 [S,D]GEMM: Tesla C2070 45 40 35 GPU 30 25 20 15 CPU 10 5 0 0 5000 10000 Dimension SGEMV-CUBLAS SGEMV-MAGMABLAS DGEMV-CUBLAS DGEMV-MAGMABLAS 700 600 GPU 500 400 300 200 CPU 100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Dimension SGEMM-CUBLAS SGEMM-MAGMA DGEMM-CUBLAS DGEMM-MAGMA
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 微分積分 線型代数 統計 数値解析
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
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
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 による現象の可視化 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 )
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! 1 月下旬卒研概要執筆 & 卒研発表練習 2 月中旬卒研発表会 卒業決定!
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
過去の卒研 関数グラフ描画ツール (PHP + OpenFlashChart/PHPlot)
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
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
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詳細は Web で 幸谷研究室 : http://cs-tklab.na-inet.jp/ 幸谷個人ページ : http://na-inet.jp/
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!