High speed eigenvalue solver on the Cell cluster system for controlling nuclear fusion plasma

核融合プラズマモニタリングのためのCellクラスターシステムにおける高速固有値ソルバーの開発

櫛田 慶幸; 武宮 博; 徳田 伸二*

Kushida, Noriyuki; Takemiya, Hiroshi; Tokuda, Shinji*

本研究では、高い計算能力を持ち2009年10月現在世界最高性能のスーパーコンピューターであるRoadrunnerにも搭載されているCellプロセッサーを使うことで、核融合モニタリングシステムに必要不可欠な高速固有値解析システムを開発した。核融合モニタリングシステムのための固有値解析システム構築は次の二つの理由で、現在のスーパーコンピュータでは困難であった。(1)スーパーコンピューターはユーザーが占有できる時間が限られており、モニタリングに必要な時間の間利用できない。(2)現在のスーパーコンピューターはネットワークで多数の計算ユニットを接続する形式であるが、これではネットワークによるオーバーヘッドが大きくモニタリングシステムに必要な時間解像度から考えられる計算時間に計算を終わらせることができない。そのため本研究では、価格性能比が高く、現在の計算ユニットよりも高速なCellプロセッサーを用いることで困難を克服し、モニタリングシステムに必要な計算速度を持ちながら、スーパーコンピューターよりも遥かに低価格で構築できるシステムを構築した。論文では、Cellを利用するために必要なプログラムの詳細とシステムの性能について述べる。

In this study, we developed a high speed eigenvalue solver that is the necessity of plasma stability analysis system for International Thermo-nuclear Experimental Reactor (ITER) on Cell cluster system. According to our estimation, the most time consuming part of analysis system is eigensolver. However, current supercomputer is not applicable for such instantaneous calculation, because the overhead of network communication becomes dominant. Therefore, we employ Cell cluster system, whose processor has higher performance than current supercomputer, because we can obtain sufficient processing power with small number of processors. Furthermore, we developed novel eigenvalue solver with the consideration of hierarchical architecture of Cell cluster Finally, we succeeded to solve the block tridiagonal Hermitian matrix, which had 1024 diagonal blocks and the size of each block was 128 128 within a second.