Development of a high-speed eigenvalue-solver for constant plasma monitoring on a cell cluster system

核融合プラズマの常時監視に向けたCellクラスターシステムを使った高速固有値解析の実現

櫛田 慶幸; 藤林 健一; 武宮 博

Kushida, Noriyuki; Fujibayashi, Kenichi; Takemiya, Hiroshi

核融合炉を安定的に運転するための有力な方法として、常時監視することで不安定の兆候を発見し安定化させる方法が知られている。その際、核融合プラズマのdisruption timescaleが数秒間であることから、安定性の解析を数秒で完了させる必要がある。計算の規模と必要な計算速度を考えれば、現在のPCではそのような解析は不可能である。現在主流のスーパーコンピュータを用いても、通信オーバヘッドに起因するコストがかかることから、数秒で完了する計算することは困難である。そのため本研究では、数台のプロセッサーで必要な計算能力を賄うことができるCellをクラスタリングした計算機を対象として、Cell上で効率よく実行できる新しいアルゴリズムを開発した。その結果、実際の核融合炉の安定性に必要になるBlock三重対角エルミート行列(対角Block数:1024, Blockサイズ128128)の求解を一秒以内に実現し、安定性解析に必要な計算能力を提供可能であることを示した。

A high speed eigenvalue solver that is an essential part of a plasma stability analysis system for fusion reactors on a Cell cluster system is described. For the purpose of continuous operation of fusion reactors, we must evaluate the state of plasma within the characteristic confinement time of the plasma density and temperature in fusion reactors. In order to resolve the problem, we introduced a Cell cluster system and developed a novel eigenvalue solver, which usually consumes most of the plasma evaluation time, to achieve high performance of the system. As a result, we succeeded in obtaining our target performance: we were able to solve a block tri-diagonal Hermitian matrix containing 1024 diagonal blocks, where the size of each block was 128128, within a second. Therefore, we have found a suitable candidate for achieving a satisfactory monitoring system.