Next-generation Computing Systems Laboratory
Notice
We are looking for highly motivated students who want to join NCSL as undergraduate research interns, graduate students (M.S. or Ph.D.), or joint BS/MS degree program students. (NCSL에 합류하고자 하는 학부연구생, 대학원생 (석사 및 박사, 학석연계 및 석박통합과정) 모두 환영합니다. 자세한 문의는 메일을 통해 연락주세요.)
Please feel free to contact us at jeonggeun.kim AT knu.ac.kr
News
2024 Basic Research Lab Program (NRF)
Aug 01, 2024
"2024년 기초연구실 (Basic Research Lab; BRL) 선정"
우리 학부 소속이신 김용태 교수님께서 연구책임자(Lead-PI)를 맡으신, "유전체 DNA 염기서열 분석 가속화를 위한 페타스케일 인-스토리지 컴퓨팅 기초연구실" 사업이 최종 선정되었습니다.
본 사업에는 우리 연구실과 더불어, 정인욱 교수님, 김명석 교수님께서 공동연구자(Co-PI)로 참석하고 계시며, 이에 앞으로 최장 약 6년(33개월 + 후속 3년)간 우리 학부의 총 4개 연구실들이 묶여, 연구그룹으로 과제를 수행하게 됩니다.
생명정보학 분야의 난제인 De-novo Assembly 문제를 해결할 수 있는 돌파구를 SW 및 HW적 관점에서 찾고자 하는 연구이며, 추후 여러 응용 분야를 위한 Near-data Processing 기술의 기반이 되리라 기대합니다.
Keyword: De-novo Assembly, DNA Sequencing, Computational Biology, Bioinformatics, Near-data processing, Processing-in-Memory, In-storage Computing, Domain-specific Processor
2024 IBM Quantum Leadership Training Program
Sep 30, 2024
"2024 IBM 양자 리더십 트레이닝 프로그램" 선정
축하합니다!! 우리 연구실에서 석사 학위 과정을 진행하고 있는 임정훈 학생이 2024년도 IBM 양자 리더십 트레이닝 프로그램에 선발되었습니다.
해당 프로그램은 전국 대학원생, 박사후연구원, 5년 이상의 산업계 경력자 중에서 매 년 단 15명 만을 선발하는 프로그램으로, 양자정보연구지원센터와 과학기술정보통신부의 지원을 받습니다.
해당 프로그램에 선발된 참여자들은 4주간 집중적으로 양자컴퓨팅과 관련된 기본 교육을 받습니다. 그리고, 교육 3주차에 미국 New York에 소재한 IBM TJ Watson Research Center에 양자컴퓨팅 연수를 갑니다.
IBM 2024 양자 리더십 트레이닝 프로그램: [Link]
Keyword: NISQ 양자컴퓨팅 연구, GPU기반 양자컴퓨팅 시뮬레이션
Selected as a 2024 Basic Research Laboratory (BRL)
We are pleased to announce that the project titled "Peta-Scale In-Storage Computing for Accelerating Genome Analysis & DNA Sequencing ", led by Prof. Yongtae Kim from our department as the Lead Principal Investigator (Lead-PI), has been officially selected as a Basic Research Laboratory (BRL) for 2024.
Alongside our laboratory, Prof. Inuk Jung and Prof. Myungseok Kim will contribute as Co-Principal Investigators (Co-PIs). This initiative will bring together four research labs within our department, working collaboratively as a research group for up to six years (33 months with a potential 3-year extension).
This project aims to address one of the grand challenges in bioinformatics—the De-novo Assembly problem—by exploring breakthrough solutions from both software and hardware perspectives. We anticipate this research will lay the foundation for Near-Data Processing technology with wide applications across various fields.
Keyword: De-novo Assembly, DNA Sequencing, Computational Biology, Bioinformatics, Near-data processing, Processing-in-Memory, In-storage Computing, Domain-specific Processor
2024 IBM Quantum Leadership Training Program
Congratulations! Junghun Lim, a master’s student in our lab, has been selected for the prestigious 2024 IBM Quantum Leadership Training Program.
This program, supported by the Quantum Information Research Support Center and the Ministry of Science and ICT, selects only 15 participants each year from among graduate students, postdoctoral researchers, and industry professionals with over five years of experience across the nation.
Participants will receive four weeks of intensive training in quantum computing fundamentals. During the third week, they will attend an on-site training at the IBM T.J. Watson Research Center in New York, USA.
IBM 2024 Quantum Leadership Training Program: [Link]
Keyword: NISQ Quantum Computing Research, GPU-based Quantum Computing Simulation
Research Topics
Processing-in-Memory Architecture for Bioinformatics Applications
"생물정보학 프로그램 가속을 위한
Processing-in-Memory 구조" 연구
본 연구는 차세대 컴퓨팅 디바이스로 떠오르는, 메모리 기반 프로세싱 장치(PIM)를 활용하여, 생물정보학과 관련된 프로그램들의 처리를 가속할 수 있는 구조를 개발하는 것을 목표로 한다.
SW에서의 도전
더 효율적인 De-novo Assembly 알고리즘 개발
CPU + GPU + PIM + ISC 기반 이종-멀티코어 프로세싱을 위한 프로그래밍 모델 개발
HW에서의 도전
Bioinformatics Application들의 파이프라인 별 동작 특성에 최적화된 processing element 설계 (Fine-grain Domain-specific Processor 도입)
Bioinformatics 프로세싱에 적합한 Processing-in-Memory 구조 설계 및 컴파일러 구현
Bioinformatics 프로세싱에 적합한 In-Storage Processing 구조 설계 및 오프로딩 기법 구현
[관련 연구 프로젝트]
"유전체 염기서열 분석 가속화를 위한 페타스케일 인-스토리지 컴퓨팅 기초연구실",
집단연구-기초연구실사업(BRL), 한국연구재단 (2024.08.01 ~ 2027.04.31)
[관련 분야]
Computer Architecture, Algorithm, Compiler
Processing-in-Memory
Bioinformatics/Computational Biology
(DNA read mapping, De-novo Assembly 등)
Scalable Near-Far Memory Architecture for Multi-GPUs with CXL-interface
"CXL 인터페이스 기반의 다중 GPU 환경을 위한,
확장가능한 Near-Far 메모리 아키텍처" 연구
Large Language Model (LLM)을 넘어서, Artificial General Intelligence (AGI) 시대에 다가감에 따라, Deep Learning 모델들의 학습과 추론을 위해서 막대한 규모의 GPU 자원 활용이 중대해지고 있다.
본 연구는 다중 GPU 환경에서의 메모리 병목 현상을 해소하기 위해, (1) 차세대 비휘발성 메모리 소자 (eNVM) 및 스토리지급 메모리 (Stoage Class Memory; SCM) 기반의 Far Memory와 (2) 높은 대역폭 및 낮은 지연시간을 가지는 HBM 기반의 Near Memory 시스템으로 구성된 Near-Far Memory Architecture를 설계하고자 한다.
이를 통해, 확장 가능한 Near-Far 메모리 구조를 Multi-GPU 환경에 적용하여 LLM 구동 및 Heterogeneous Computing 환경에서의 시스템 성능을 대폭 향상하는 것을 목표로 한다.
[관련 연구 프로젝트]
A Smart Near-Far Memory Architecture for Data-intensive Workloads
Yonsei-Samsung Joint Research Program, Samsung Electronics (2021 ~ )
PI: Prof. Bernd Burgstaller, Yonsei Univ (공동 연구 수행 中)
[관련 분야]
Computer Architecture, GPGPU Programming, GPU Architecture, CXL interface
Heterogeneous Computing, Network on Chip
AI for Computer Architecture, Computer Architecture for AI
Processing-in-Memory Architecture for Bioinformatics Applications
This research aims to develop architectures that accelerate bioinformatics applications using Processing-in-Memory (PIM) technology.
Challenges in Software:
Developing more efficient algorithms for De-novo Assembly
Creating a programming model for heterogeneous multi-core processing with CPU, GPU, PIM, and ISC
Challenges in Hardware:
Designing processing elements for bioinformatics applications and optimize them based on their characteristics
Developing Processing-in-Memory architecture and compiler optimization methods for bioinformatics applications
Designing In-Storage Processing architecture with offloading techniques suited to bioinformatics workflows
[Related Research Project]
Peta-Scale In-Storage Computing for Accelerated Genome DNA Sequencing Analysis, Basic Research Laboratory (BRL) Program, National Research Foundation of Korea (2024.08.01 - 2027.04.31)
[Related Fields]
Computer Architecture, Algorithm, Compiler Design
Processing-in-Memory
Bioinformatics/Computational Biology (e.g., DNA read mapping, De-novo Assembly)
Scalable Near-Far Memory Architecture for Multi-GPUs with CXL-interface
As we move beyond Large Language Models (LLMs) toward an era of Artificial General Intelligence (AGI), the demand for vast GPU resources in deep learning model training and inference is becoming increasingly critical. This research aims to alleviate memory bottlenecks in multi-GPU environments by designing a Near-Far Memory Architecture that incorporates (1) far memory based on next-generation non-volatile memory (eNVM) & storage-class memory (SCM) and (2) near memory systems with high-bandwidth, low-latency HBM.
By implementing this scalable Near-Far Memory Architecture in multi-GPU settings, we aim to significantly enhance system performance for LLM operations and in heterogeneous computing environments.
[Related Research Project]
A Smart Near-Far Memory Architecture for Data-intensive Workloads,
Yonsei-Samsung Joint Research Program, Samsung Electronics (2021 - )PI: Prof. Bernd Burgstaller, Yonsei University (in joint collaboration)
[Related Fields]
Computer Architecture, GPGPU Programming, GPU Architecture, CXL Interface
Heterogeneous Computing, Network-on-Chip (NoC)
AI for Computer Architecture, Computer Architecture for AI
High-Performance Heterogeneous Computing Systems with xPUs and Multi-layer Memories
"xPU 및 다중 계층 메모리 시스템 기반의 초고성능 이종컴퓨팅 시스템 구축" 연구
본 연구는 xPU (CPU, GPU, NPU, DPU, QPU, NDPU ...) 및 다중 계층 메모리 (Near-Far Memory & Pooled Memory with CXL) 기반의 이종 컴퓨팅 구조 설계, 관리 기법 및 프로그래밍 모델 수립 등 다양한 관점에서의 초고성능 이종컴퓨팅 시스템 구축과 관련된 연구를 수행하고자 한다.
이를 통해, 연산, 메모리, NoC 등 다양한 측면에서의 병목 현상을 해소하여, 다양한 분야의 응용프로그램들을 원활히 수행할 수 있는 궁극의 HPC 시스템의 달성을 목표로 한다.
[관련 연구 프로젝트]
지역지능화 혁신인재양성사업 (GrandICT/ITRC), IITP (2022 ~ 2029)
ICT융합연구센터 (Lead-PI: 김지현 교수님): [Link]
공동연구: 경북대학교 컴퓨터학부 남덕윤 교수님 (HPC lab)
[관련 분야]
Computer Architecture, Algorithm, Compiler
Programming Model
Processing-in-Memory, Neural Processing Unit
Reliable and Scalable Quantum Computing
"신뢰성 및 확장성이 보장된 양자 컴퓨팅 기법" 연구
IBM의 Quantum Processor가 1000-qubit을 넘어서는 수준에 이른 지금, 양자컴퓨팅 영역에서의 가장 중요한 화두는 더 많은 큐비트의 확장이 아닌, 주어진 qubit를 제대로 활용하여 올바른 결과를 얻을 수 있는 가에 있다.
본 연구에서는 기존 NISQ Quantum Computer의 취약점을 보완하여, 확장가능하면서도 신뢰성이 높은 양자컴퓨팅 기술에 관한 기법을 고안하고자 한다.
[관련 연구 프로젝트]
TBA
[관련 활동]
2024 IBM Quantum Leadership Training Program: 임정훈 학생 참여
[관련 분야]
Computer Architecture, Quantum Computing (NISQ)
Quantum Algorithm, Compiler
Building High-Performance Heterogeneous Computing Systems Based on xPU and Multi-Tiered Memory Systems
This research aims to develop high-performance heterogeneous computing systems leveraging xPUs (such as CPUs, GPUs, NPUs, DPUs, QPUs, NDPU, etc.) and multi-tiered memory architectures, including near-far memory and pooled memory with CXL interface. The project encompasses diverse approaches, including the design of heterogeneous computing architectures, management techniques, and the establishment of programming models.
Through this work, we aim to overcome bottlenecks in computation, memory, and network-on-chip (NoC) performance, ultimately re-inventing an HPC system capable of handling a wide range of domains.
[Related Research Projects]
Regional Intelligence Innovation Talent Development Project (GrandICT/ITRC), funded by IITP (2022 - 2029)
ICT Convergence Research Center (Lead-PI: Prof. Ji-Hyun Kim): [Link]
Collaborative Research: Prof. Dukyun Nam (KNU HPC Lab): [Link]
[Related Fields]
Computer Architecture, Algorithms, Compiler Design
Programming Model
Processing-in-Memory, Neural Processing Unit (NPU)
How to Join Our Research Group?
컴퓨터 구조와 관련된 연구를 진행하는 연구실들의 경우, 다음에 해당하는 기본적인 배경만 있다면 누구나 연구를 수행할 수 있습니다!
CS, CSE, AI, EE 등 전산학과 밀접한 관련이 있는 분야에 대해서 전공/부전공/복수전공 등 다양한 형태로 학부 과정을 보냈다면 충분합니다.
기본적인 프로그래밍 스킬 (C, C++, Python): 해당 세 가지 언어는 컴퓨터 아키텍처 관련 연구에서 필수적으로 요구하는 프로그래밍 언어들입니다.
학부 수준의 컴퓨터 구조 및 운영체제 수업 수강 (수료)
만약, 좀 더 수월한 연구를 위해서 추가적으로 필요한 배경들이 무엇이냐고 묻는다면 다음과 같습니다:
학부 수준의 병렬 컴퓨터 프로그래밍 및 구조, 컴파일러, 알고리즘 지식 (수업을 듣지 않았어도, 관련된 기반 지식을 갖추고 있으면 충분함)
(디지털) 논리회로 설계 (및 실습) 수업 수강 경험 (Verilog/VHDL의 기본적인 원리를 알고 있음)
This represents the minimum requirements for students interested in joining our research group.
Must be a major, minor, or dual major in Computer Science (CS), Computer Science and Engineering (CSE),
Artificial Intelligence (AI) or Electrical Engineering (EE).Basic Programming Skills (C/C++ or Python)
Undergraduate-level knowledge of Computer Architecture and Operating System
This represents the recommended requirements for students interested in joining our research group.
Must meet at least the minimum requirements
Undergraduate-level knowledge of Massive Parallel Programming, Compiler, and Algorithm
Undergraduate-level knowledge and experience about Digital Logic Circuit Design