Cellプロセッサにおける境界値問題のための有限要素法の高速実装

Optimization of finite element analysis code for software controlled local memory

櫛田 慶幸; 武宮 博

Kushida, Noriyuki; Takemiya, Hiroshi

近年、一つのシリコンチップのなかに複数の処理装置を封入したマルチコアプロセッサーがハイパフォーマンスコンピューティング分野で用いられるようになってきた。なかでも、世界最高性能の計算機であるRoadrunnerに搭載される非均質マルチコアプロセッサーCellは従来のプロセッサーに比べ高い処理性能を持つものの、従来のアルゴリズムを用いた場合はデータ転送速度がボトルネックになりシングルプロセッサーと同程度の性能しか発揮できないことがわかっている。特に、原子炉構造物の解析などに使われる有限要素法はデータ転送が多く発生するためCellでの高速化は困難である。このため、本研究では、Cellの高い計算能力を生かし、従来手法に比べ計算量を増加させながらもデータ転送時間を減じるアルゴリズムを開発し、全体の経過時間を短縮することに成功した。この成果は、今後ますます計算能力とデータ転送能力が乖離してゆくことが予想されるマルチコアプロセッサーの効果的な利用に寄与するものである。

In this study, we introduce a novel implementation of FEM targeting the Cell which has a software controlled local (SCLM) memory. In recent days, developers of scientific or engineering numerical simulation code suffer from the big latency of data transfer between a processor and main memory, and power consumption. To overcome these problems, several researchers have proposed new computer architecture, which combines SCLM and SIMD processing unit. FEM is the one of the most famous numerical simulation method especially for the engineering. Such new computer architecture is, however, less effective for FEM than other applications. The Cell is well known as the accelerator of the Roadrunner which is the fastest computer in the Top500 supercomputer list, and is only existing processor which has software controlled local memory. In this study we developed new FEM implementation method which provides faster computation than conventional method by reducing main memory access.