プラズマ乱流シミュレーションにおける通信マスク手法開発

Development of communication overlap techniques in plasma turbulence simulations

井戸村 泰宏   ; 仲田 資季; 山田 進  ; 町田 昌彦  ; 今村 俊幸*; 渡邉 智彦*; 沼波 政倫*; 井上 晃*; 堤 重信*; 三吉 郁夫*; 志田 直之*

Idomura, Yasuhiro; Nakata, Motoki; Yamada, Susumu; Machida, Masahiko; Imamura, Toshiyuki*; Watanabe, Tomohiko*; Nunami, Masanori*; Inoue, Hikaru*; Tsutsumi, Shigenobu*; Miyoshi, Ikuo*; Shida, Naoyuki*

5次元ジャイロ運動論モデル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解析するための標準的な手法となっている。国際熱核融合実験炉ITERのような将来の大型装置を解析するうえで、シミュレーションの適用範囲、特に、装置サイズの規模を拡大することが重要となっており、より大きな計算機資源が必要とされている。しかしながら、現在のペタスケール計算機、あるいは、将来のエクサスケール計算機の能力を引き出すには、10万コアを超える並列度というハードウェアの厳しい要求を満たす必要がある。本研究では、差分法に基づくプラズマ乱流コードGT5D[Idomura, CPC2009]において、新たな通信マスク手法の開発を行い、京において約99.9998%という従来に比べて一桁以上高い並列化率を達成し、約20万コアまで良好なストロングスケーリングを確認した。

Five dimensional gyrokinetic simulations are standard approaches in analyzing turbulent transport phenomena in fusion plasmas. For the purpose of analyzing fusture large devices such as the ITER, an extention of simulation capabilities, in particular, in the device size, is important, and larger computational resources are needed. However, a severe technical requirement on extreme parallelizm beyond 100k cores is required to extract computing power from present Peta-scale and future Exa-scale machines. In this work, we develop novel communication overlap techniques on finite difference plasma turbulence code GT5D, and achieve a good strong scaling up to 200k cores with an order of magnitude higher parallel efficiency of 99.9998% on the K computer.