実アプリケーションの時空間ブロッキングによる高速化に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は、特に微分方程式を解く際に頻出する計算パターンのステンシル計算を高速化する手法として知られる、時空間ブロッキングを対象として性能モデリングを構築することが目的である。時空間ブロッキングには冗長計算が必要なoverlapped方式と冗長計算を削減したtrapezoid方式などがあるが、本年度は3次元の拡散方程式プログラムに対してoverlapped(x,y次元)+trapezoid(z次元)のハイブリッドによる時空間ブロッキングの実装を行なった。実装されたプログラムをXeon CPU, A64FXなどで評価を行なっている。Xeon CPUではL1/L2キャッシュの性能から、概ね想定した通りの性能が得られている一方、A64FXではキャッシュ性能以外にも考慮すべき点がいくつかある（演算レイテンシと、それを隠すために必要なパイプライン実行の段数、パイプライン実行に必要なレジスタ数など）ことが分析によりわかってきた。さらに分析を進め、アプリケーション側のパラメータを含め、性能モデルの構築を目指している。また実アプリケーションとして、気象庁の天気予報シミュレーションプログラムであるasucaへの時空間ブロッキングの適用を検討している。時空間ブロッキングは、キャッシュを有効利用することにより、冗長な計算を許容しつつもメモリへの負荷を下げる手法であるため、メモリ性能を十分に引き出しいてるプログラムでなければ適用効果が見込めないため、時空間ブロッキング適用に向けたasucaの最適化を行なった。最適化の効果により1.5倍程度の高速化が得られたが、時空間ブロッキングの適用には更なる最適化が必要であることが判明した。