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超軽量なOS技術を用いたクラウド環境におけるFPGA仮想化基盤の研究

基于超轻量级操作系统技术的云环境下FPGA虚拟化基础设施研究

基本信息

批准号：
19K24360
负责人：
小柴篤史
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-08-30 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は提案方式の評価方法とプロトタイプのシステム設計の検討を進めた。まず、評価における提案方式の比較対象として、従来の仮想マシン(VM)に対して物理的なFPGAボードを直接割り当てるPCIパススルー方式を利用可能にした。具体的には、前年度に構築したFPGA搭載サーバ上でハイパーバイザ (KVM) を用いてVMを稼働し、そのVMへPCIパススルーでFPGAを割り当て、行列乗算などのベンチマークをVM上で実行できることを確かめた。PCIパススルーではホストOS上でFPGAアプリケーションを直接実行する場合とほぼ同等の処理性能となる。これは仮想化を行わず、単一VMがFPGAを占有するためである。一方、提案方式では複数VM/アプリによるFPGA共有を可能にするが、仮想化オーバヘッドによって処理性能が低下する可能性がある。本研究の評価では、PCIパススルー環境と提案方式の処理性能を比較し、提案方式がFPGA仮想化を実現しつつどこまでオーバヘッドを抑えられるかを検証する。これにより、提案方式の優位性を明らかにできる。次に、提案方式のシステム設計の詳細を検討し、特にユニカーネルスケジューラの設計を大幅に変更した。当初の予定ではスケジューラはKVM本体を拡張し実装する予定だったが、これをホストOS上で動作するプロセス (デーモン) として再設計した。データセンタなどの大規模分散システムは複数のサーバで構成される。そこで再設計後のスケジューラは個々のノード上でデーモンが稼働し、デーモン同士がネットワーク経由でスケジューリング情報を共有する。これによりノード間でのタスク割り当て変更などのより柔軟な資源管理が可能になる。申請者の海外転勤に伴い本研究課題は一時中断となるが、帰国後に再開する予定である。再開後は提案方式のプロトタイプ実装と評価を完了し、得られた成果をまとめ国内研究会や国際会議に論文を投稿する予定である。

This year's proposal evaluation method and proposal design review were further discussed. The comparison of the proposed methods for evaluation and evaluation is based on the possibility of using the proposed methods for physical FPGA (VM) and PCI (PCI). In the past year, the FPGA was built on a server (KVM), and the VM was installed on the server. The VM was installed on the server, and the VM was installed on the server. The FPGA was installed on the server. The VM was installed on the server. PCI is the only way to achieve the same processing performance as FPGA. This is the first time I've seen a VM. One way, the proposal method is a plurality of VM/FPGA common possibility, and the possibility of processing performance degradation is also considered. The evaluation of this study is to compare PCI environment and processing performance of proposal methods, and to verify whether proposal methods are implemented in FPGA. The priority of the proposal method is clear. The detailed design of the proposal mode and the design of the special project mode are greatly improved. The original design of the KVM is based on the design of the KVM itself. The large-scale dispersion of data sets is composed of multiple data sets. After the redesign, the website will be shared with the users. This is the first time that we've had a chance to manage resources. The applicant's overseas service is accompanied by this research project, which is interrupted temporarily or reopened after arrival in China. After the opening of the proposal, the preparation and evaluation of the proposal were completed, and the results were obtained. The paper was submitted to the domestic research meeting and the international conference.