超並列マルチコア環境における核融合プラズマ乱流シミュレーションの性能評価

Performance evaluation of fusion plasma turbulence simulation on massively parallel multi-core platforms

井戸村 泰宏   ; Jolliet, S.

Idomura, Yasuhiro; Jolliet, S.

核融合プラズマの第一原理モデルである5次元ジャイロ運動論方程式に基づくプラズマ乱流シミュレーションは核融合プラズマにおける乱流輸送現象を評価する標準的手法となっている。しかしながら、実装置環境にこのような5次元乱流シミュレーションを適用するには膨大な計算コストが要求されるため、超並列計算機の効率的利用が核融合分野の計算科学における重要課題となっている。本研究では5次元格子コードGT5Dを6つの先進的な超並列プラットフォームに移植し、包括的なベンチマークテストを実施した。ジャイロ運動論方程式の物理的特性に基づくハイブリッド並列化手法によって、コードのスケーラビリティはマルチコアプロセッサ環境で1万コア以上まで向上した。6つのプラットフォームにおける性能比較によって処理性能のプロセッサアーキテクチャに対する依存性や通信性能を向上するうえでの問題点を明らかにした。

Plasma turbulence simulations based on the five dimensional (5D) gyrokinetic equation, which is the first principle model of fusion plasmas, is a standard approach in studying turbulent transport phenomena in fusion plasmas. However, an application of such 5D turbulence simulations to realistic machine sizes requires huge computational resources, and therefore, an efficient use of massively parallel computers has been an important issue in computational fusion science. In this work, a 5D mesh code GT5D is ported on six advanced massively parallel platforms and comprehensive benchmark tests are performed. By using a hybrid parallelization technique based on physical properties of the gyrokinetic equation, the scalability of the code is improved beyond cores with multi-core processors. Through comparisons of performances on the six platforms, the dependency of processing performances on processor architectures and issues in improving communication performances are clarified.