Custom Accelerators for Quantum-Annealing-Assisted Material Informatics

用于量子退火辅助材料信息学的定制加速器

• 批准号: 20H04197
• 负责人: 張山 昌論
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04197/
• 关键词: FPGA; 量子コンピュータ; 高性能計算; 量子化学計算; 量子コンピューティング; 量子アニーリング; 量子化学; 大規模固有値計算; GPU; ヘテロジニアスコンピューティング; 大規模固有値問題; 組合せ最適化問題; マテリアルインフォマティクス; 量子アリーリング; 並列処理

分子構造の最適化手法のためのFPGAを用いた大規模かつ高速な量子アリーリングシミュレータのアーキテクチャを確立した． 昨年度に 基本的なアーキテクチャを確立した「スパースイジングモ デルに基づく高速アーキテクチャ」の大規模実装に対して取り組みを行った． 量子ビットごとに処理要素(PE)を用意しているためハードウェア量が多いという課題を解決するために，複数の量子ビットを同一のPEに割り当てるなどの対応を検討した．複数の量子ビットの値をPEへの入力とするために，複数入力を制御するチャネルを開発し，入力数に依存せずに同じハードウェアを使えるように直列で入力を受け付ける構成とした．それにより実装できる量子ビット数は数倍以上に向上した．また，このアーキテクチャでは，応用ごとに異なる回路を生成する必要があるため，そのような回路をイジングモデルから自動生成する，設計環境の開発も合わせて行った．応用問題がイジングモデルで与えられた場合に，そのグラフ構造を解析し，並列に実行されるノードを異なるPEに割り当てるようにクラスタリングを行うアルゴリズムを開発した．本年度開発したマッピングアルゴリズムでは，マッピングアルゴリズムの最初の取り組みとしてPE間の通信量を考慮しないという前提でアルゴリズムを開発した．マッピングの問題は組み合わせ探索問題となるが，探索空間が膨大となるために，ヒューリスティックなアルゴリズムを実装した．

Molecular structure の optimization technique の た め の FPGA を with い た large-scale か つ high-speed な quantum ア リ ー リ ン グ シ ミ ュ レ ー タ の ア ー キ テ ク チ ャ を establish し た. Yesterday's annual に basic な ア ー キ テ ク チ ャ を establish し た "ス パ ー ス イ ジ ン グ モ デ ル に base づ く high-speed ア ー キ テ ク チ ャ" の mass be loaded に し seaborne て group take り み を line っ た. Quantum ビ ッ ト ご と に 処 principle elements (PE) を intention し て い る た め ハ ー ド ウ ェ ア が much い と い う project を す る た め に, plural の quantum ビ ッ ト を same の PE に cut り when て る な ど の 応 seaborne を beg し 検 た. Plural の quantum ビ ッ ト の numerical を PE へ の と into force す る た め に, plural を into force suppression す る チ ャ ネ ル を open 発 し, several に into force dependent せ ず に with じ ハ ー ド ウ ェ ア を make え る よ う に inline で を into force by け pay け る constitute と し た. Youdaoplaceholder0 physical で る る る る quantum ビット number で several times or more に upward た た. ま た, こ の ア ー キ テ ク チ ャ で は, 応 with ご と に different な る loop を generated す る necessary が あ る た め, そ の よ う な loop を イ ジ ン グ モ デ ル か ら automatically generated す る, design environment の open 発 も close わ せ て line っ た. 応 with problem が イ ジ ン グ モ デ ル で and え ら れ に た situations, そ の グ ラ フ tectonic analytical し を parallel に line be さ れ る ノ ー ド を different な る PE に cut り when て る よ う に ク ラ ス タ リ ン グ を line う ア ル ゴ リ ズ ム を open 発 し た. This year's open 発 し た マ ッ ピ ン グ ア ル ゴ リ ズ ム で は, マ ッ ピ ン グ ア ル ゴ リ ズ ム の の initially take り group み と し て の traffic between PE を consider し な い と い う premise で ア ル ゴ リ ズ ム を open 発 し た. マ ッ ピ ン グ の problem は group み close わ せ explore problems と な る が, exploring space が swelled と な る た め に, ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク な ア ル ゴ リ ズ ム を be loaded し た.

项目成果

A Scalable Emulator for Quantum Fourier Transform Using Multiple-FPGAs With High-Bandwidth-Memory

• DOI: 10.1109/access.2022.3183993
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Access
• 影响因子: 3.9
• 作者: Hasitha Muthumala Waidyasooriya;Hiroki Oshiyama;Yuya Kurebayashi;M. Hariyama;Masayuki Ohzeki

大規模問題に対応可能なFPGAベース量子アニーリングシミュレータ

基于 FPGA 的量子退火模拟器，可处理大规模问题

• 发表时间: 2021
• 作者: 佐藤陽祐;林修吾;橋本明弘;岩下武史;張山昌論
• 通讯作者: 張山昌論

Intelligent Computing Technologies Related to Materials Informatics

材料信息学相关智能计算技术

• 发表时间: 2021
• 作者: 佐藤陽祐;林修吾;橋本明弘;Masanori Hariyama
• 通讯作者: Masanori Hariyama

Implementation of an FPGA-Oriented Complex Number Computation Library Using Intel OneAPI DPC++

使用英特尔 OneAPI DPC 实现面向 FPGA 的复数计算库

• 发表时间: 2022
• 作者: Kosiro Obata;Hasitha Muthumala Waidyasooriya and Masanori Hariyama
• 通讯作者: Hasitha Muthumala Waidyasooriya and Masanori Hariyama

大規模問題に対応可能なFPGAベース量子アニーリングシミュレータの展望

基于 FPGA 的可处理大规模问题的量子退火模拟器的前景

• 发表时间: 2021
• 作者: 鈴木大空斗;丸田一輝;Salah Berra;牟田修;寺尾 剛史，尾崎 克久，今村 俊幸;張山昌論
• 通讯作者: 張山昌論