Nuclear fusion simulation code optimization and performance evaluation on GPU cluster

GPUクラスタにおける核融合シミュレーションコードの最適化と性能評価

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 朴 泰祐*; 井戸村 泰宏   

Fujita, Norihisa*; Nuga, Hideo*; Boku, Taisuke*; Idomura, Yasuhiro

GT5Dはトカマクプラズマにおける乱流現象の解析を目的とする核融合シミュレーションプログラムである。本研究ではこれをノードあたり複数GPUを搭載したGPUクラスタに対して最適化した。CPUノード上のGT5Dの特性評価に基づき、MPI通信以外のプログラムの時間発展部分全体をGPUに移植した。NVIDIA M2090 GPU4台を用いて、8コアを搭載したIntel Xeon E5-2670(SandyBridge)CPU2台に比べて、関数レベルで最大3.35倍、全体で1.91倍高速な処理性能が得られた。ここで、MPI処理とGPU計算をオーバーラップすることによって63%の性能向上が得られた。

GT5D is a nuclear fusion simulation program which aims to analyze the turbulence phenomena in tokamak plasma. In this research, we optimize it for GPU clusters with multiple GPUs on a node. Based on the profile result of GT5D on a CPU node, we decide to offload the whole of the time development part of the program to GPUs except MPI communication. Four NVIDIA M2090 GPUs get 3.35 times faster performance in maximum in function level evaluation, and 1.91 times faster performance in total than two Intel Xeon E5-2670 (SandyBridge) CPU with 8 cores. It includes 63% performance gain with overlapping the communication between MPI processes with GPU calculation.