核心概念
マトリクス計算をグラフ表現に変換し、グラフ処理エンジンを活用することで、HPC専門家の介入なしに科学計算を効率的に実行できる。
要約
本論文では、科学計算の主要な演算であるマトリクス計算をグラフ表現に変換し、グラフ処理エンジンを活用する新しいプログラミングパラダイム「G4S」を提案している。
従来のライブラリベースのプログラミングパラダイムでは、科学計算の実装には HPC 専門家の深い関与が必要であった。一方、G4Sでは、マトリクス計算をグラフ操作に変換し、Gather()とApply()の2つの統一的なグラフ処理インターフェースを提供することで、ユーザーはHPC専門知識なしに科学計算を実装できる。
具体的には、以下の通り:
マトリクスの非ゼロ要素をグラフの辺として表現し、マトリクス計算をグラフ操作に変換する。
Gather()は各頂点が隣接頂点の情報を収集する操作で、Apply()は収集した情報を用いて頂点の状態を更新する操作。
M2Gツールが自動的にマトリクス計算をグラフ操作に変換し、最適な実行戦略をグラフエンジンに決定させる。
この結果、G4Sは従来の最適化された実装と同等の性能を達成しつつ、プログラミングの容易さを大幅に向上させることができる。
統計
マトリクス乗算では、従来実装と比べて最大240.08倍の高速化を達成した。
マトリクス加算では、従来実装と比べて最大32.62倍の高速化を達成した。
引用
"マトリクス計算をグラフ表現に変換し、グラフ処理エンジンを活用することで、HPC専門家の介入なしに科学計算を効率的に実行できる。"
"G4Sは従来の最適化された実装と同等の性能を達成しつつ、プログラミングの容易さを大幅に向上させることができる。"