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Computational challenges towards Exa-scale fusion plasma turbulence simulations

エクサスケール核融合プラズマ乱流シミュレーションに向けた計算科学の課題

井戸村 泰宏  ; 朝比 祐一  ; 伊奈 拓也; 松岡 清吉 

Idomura, Yasuhiro; Asahi, Yuichi; Ina, Takuya; Matsuoka, Seikichi

核融合プラズマにおける乱流輸送はITERにおける重要課題の一つである。この課題を5次元ジャイロ運動論モデルで研究するために新たな計算技術を開発し、ジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dの強スケーリングを京コンピュータ上で約60万コアまで向上した。この計算技術は多次元/多階層領域分割、通信と計算のオーバーラップ、計算カーネルのマルチコアCPUへの最適化から構成される。この計算性能によって乱流輸送の装置サイズ依存性等のITERの重要課題の研究が可能になった。次世代の核燃焼プラズマ乱流シミュレーションに向けて、運動論的電子や多種イオンを含む物理モデルの拡張を進め、さらに最新のメニーコア環境で計算カーネルを最適化した。

Turbulent transport in fusion plasmas is one of key issues in ITER. To address this issue via the five dimensional (5D) gyrokinetic model, a novel computing technique is developed, and strong scaling of the Gyrokinetic Toroidal 5D Eulerian code GT5D is improved up to $$sim 0.6$$ million cores on the K-computer. The computing technique consists of multi-dimensional/multi-layer domain decomposition, overlap of communication and computation, and optimization of computing kernels for multi-core CPUs. The computing power enabled us to study ITER relevant issues such as the plasma size scaling of turbulent transport. Towards the next generation burning plasma turbulence simulations, the physics model is extended including kinetic electrons and multi-species ions, and computing kernels are further optimized for the latest many-core architectures.

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