多相流体問題への省通信GMRES法の適用性評価

Evaluation of communication-avoiding GMRES in multi-phase thermal-hydraulic problem

真弓 明恵 ; 井戸村 泰宏   ; 山田 進  ; 伊奈 拓也; 山下 晋   

Mayumi, Akie; Idomura, Yasuhiro; Yamada, Susumu; Ina, Takuya; Yamashita, Susumu

日本原子力研究開発機構では東京電力福島第一原子力発電所事故で溶融した燃料の挙動を解析するために、多相多成分熱流動解析コードJUPITERの開発を進めている。現状の計算規模では炉内構造物単体の燃料溶融シミュレーションは可能であるが、炉心全体のシミュレーションを実行するためにはエクサスケールマシンが必要となる。非圧縮流体モデルに基づくJUPITERコードでは圧力のPoisson方程式の反復法ソルバが主要な計算コストを占めるが、スケーラビリティを向上する上でデータ通信コストがボトルネックとなるため、ソルバの省通信化が重要な課題である。本研究ではこのデータ通信コストを削減するアルゴリズムとして省通信GMRESを実装し、実問題における収束特性を調査することで、その有用性を評価する。

In order to simulate molten core relocation behavior in the accident of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, JAEA has been developed the JUPITER code, which analyzes a multi-phase thermal-hydraulic problem. Although the current simulation can analyze a fraction of a single fuel assembly, Exa-scale machines are needed to simulate whole part of the molten core. The JUPITER code is based on a incompressible fluid model, and thus, the main part of the computational cost comes from an iterative solver for the Poisson equation. Since the communication cost in the Poisson solver is a bottleneck in improving scalability, avoiding the communication is of critical importance. In this work, we apply the Communication-Avoiding GMRES algorithm to the Poisson solver and evaluate its utility by investigating its convergence property in real problems.