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シリコンフォトニクスを用いた光通信素子の研究開発最新動向
5.
フルメッシュ波長ルーチングで接続されたFPGAを搭載した省エネルギー高性能サーバシステム
An Energy-saving High-performance Server System with FPGAs Fully Connected by Wavelength Routing
シリコンフォトニクスを用いたDWDM対応高帯域密度光送受信モジュール，800Gbit/sのメモリ及びネットワーク帯域幅を持つFPGAカード，波長ルーチングを用いた省エネルギーFPGA間フルメッシュネットワーク，これらのハードウェアに最適化したデータリンク層アーキテクチャOPTWEB及び並列ソーティングアルゴリズムなど，デバイスからアプリケーションまでの協調設計により，省エネルギー高性能サーバシステムを開発し，電気配線サーバと比較して48倍の高速化と98%のエネルギー消費量削減を実証した．
キーワード：シリコンフォトニクス，FPGA，波長ルーチング，サーバ，ソーティング
近年，処理すべきデータ量は指数関数的に増大する一方で，単体CPU（Central Processing Unit）の演算性能の伸びは鈍化している．そのギャップを埋める手段として，多数の計算ノードによる並列分散処理及びアクセラレータを用いたヘテロジニアス計算が普及している．このようなシステムでは，アクセラレータ間の通信性能がシステム全体の性能のボトルネックとなり得る．また，データセンタにおける消費エネルギーの増大も懸念されている．
そこで我々は，これらの課題を解決するため，各計算ノードにアクセラレータとしてFPGA（Field Programmable Gate Array）が搭載され，FPGA間が波長ルーチングで光接続された省エネルギー高性能なラックスケールサーバシステムを開発した．本サーバシステムの全体像を図1に示す．本システムのハードウェアは，デバイス層の(b)FPGAカード，OSI参照モデルの物理層（第1層）に当たる(e)波長ルーチングネットワーク，システム層の(d)ラックサーバから成る．更に図1には記載していないが，OSI参照モデルのデータリンク層（第2層）としてOPTWEB，及びアプリケーション層として並列分散ソータと合わせて，五つの技術層から成る．次章以降で，各技術層について述べる．
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