Implementation of plasma stability code on a Cell cluster system for constant plasma monitoring

常時監視に向けたプラズマ安定性解析コードのCellクラスタシステムへの実装

櫛田 慶幸; 武宮 博

Kushida, Noriyuki; Takemiya, Hiroshi

プラズマ定常運転を達成するために必要な安定性解析コードの高速化及び専有可能な計算機上への実装を達成するために、プラズマ安定性解析コードをCellクラスターシステム上へ実装した。プラズマの定常運転のためには、プラズマの特性閉じ込め時間の約半分の時間である23秒で安定性解析を終える必要がある。そのような計算速度を達成するためには、スーパーコンピューターが必要であるが多人数で共有されているため常時監視には向かない。これらを克服するため、安価で高性能なCellクラスターを採用し、Cellで高性能を達成するためのプログラミング技術を開発した。特に、計算時間の大部分をしめる固有値計算については、局所化完全LUと呼ぶ計算安定性と高性能計算を両立する手法を開発し、目標性能を達成した。最終的に、各ブロックが128128であり、対角ブロック数が1024であるブロック三重対角エルミート行列について、行列生成に1秒、固有値計算に1秒を達成し、常時監視に必要な計算速度を得ることができた。

We developed a high-speed eigenvalue solver and a matrix generation code that are essentials of a plasma stability analysis system for nuclear fusion reactors on a Cell cluster system. In order to achieve sustainable operation of the reactors, we must evaluate the state of plasma within the characteristic confinement time. Therefore, we introduced a Cell that has high computational power and high performance/cost. Furthermore, we developed a novel eigenvalue solver, which consumes most of the plasma evaluation time. The eigensolver is based on the CG method and was designed by considering hierarchical parallelism of Cell. Moreover, we developed a new CG acceleration method, called locally complete LU that has both better acceleration and performance than the formers. Finally, we succeeded in obtaining our target performance: we were able to create and solve a block tri-diagonal Hermitian containing 1024 diagonal blocks, where the size of each block was 128128, within two sec.