FPGAを用いた高スループット確率モデル生化学シミュレータの設計と評価

概要

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確率モデル生化学シミュレーションアルゴリズム(SSA)は,生化学モデルの確率的挙動を厳密に計算できる手法として知られている.しかしその一方で,SSAを用いてモデルを評価するためには,膨大な回数の演算が繰り返されるので,高スループットな実行環境が求められている.本論文では,FPGAを用いて計算効率の良いSSAであるNext Reaction Method(NRM)を高スループットに実行するハードウェアの構造について述べ,性能評価を行う.このハードウェアは,シミュレーションスレッドの状態を保持するスレッドモジュールが,データ転送網を介して算術演算器やデータメモリを共有する構造を持ち,マルチスレッド実行を行う.また,モジュール間の接続を変更することで,特定のFPGAに限定されない構成の変更が可能である.ミドルレンジのFPGA上に構成することを想定して16スレッドの並列実行を行うハードウェアを実装し,評価用によく利用されるHSRモデルによるRTLシミュレーションを通してスループットを計測した結果,Core 2 Quad Q6600 2.40 GHzのシングルスレッド実行と比べて約4.2倍,HSRを並べて作成した反応数の多い仮想のモデルでは約5.4倍のスループットの向上が可能であることを確認した.
2008-12-22