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On-the-fly computing on many-core processors in nuclear applications

原子力分野のアプリケーションのための即時計算

櫛田 慶幸

Kushida, Noriyuki

多くの原子力アプリケーションでは現在の計算機を上回る計算能力が必要とされている。その中の幾つかは、常時計算を続ける必要がある、又は、遅延が許されないなどの理由で専有可能な計算機が求められているものがある。このような要求を満たすためにわれわれは計算機アクセラレータを採用した。計算機アクセラレータは、低価格で現在のプロセッサよりも高速な計算を行うためのものである。しかしながら、アクセラレータの有効性は原子力分野ではまだ十分に確認されていないため、ここでは二つの例について確認を行う。(1)プラズマ安定性解析では固有値計算をCellクラスターで加速し、性能要件である、対角ブロック数1024、ブロックサイズ128の三重対角ブロックエルミート行列を1秒で解き、核融合炉の定常運転への可能性を示すことができた。(2)包括的核実験禁止条約準備機関で実施されるインフラサウンドシミュレーションについて偏微分方程式に基づく解法をGPGPUで高速化し、簡易手法と同時間での解析を可能とした。

Many nuclear applications require more computational power than the current computers can provide. Furthermore, some of them require dedicated machines, because they must run constantly or no delay is allowed. To satisfy these requirements, we introduce accelerators which can provide higher computational power with lower prices than the current processors. But the feasibility of accelerators had not well investigated. Thus, we applied the Cell and GPGPU to plasma stability monitoring and infrasound propagation analysis, respectively. In the plasma monitoring, we could achieve sufficient performance. On the basis of these results, we showed the potential of plasma monitoring by using our Cell cluster system. In infrasound propagation, we accelerated two-dimensional parabolic equation (PE) method by using GPGPU. By applying several optimization, we obtained $$times$$18.3 speedup on GPU from CPU. Our achieved computing speed could be comparable to faster but more inaccurate method.

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