局所細分化格子を用いた格子ボルツマン法へのテンポラルブロッキング法の適用

Development of locally mesh-refined Lattice Boltzmann Method by using Temporal Blocking Method

小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   ; Ali, Y.*

Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro; Ali, Y.*

放射性物質のリアルタイムシミュレーションは核セキュリティの観点から非常に重要である。都市は多くの建物や路地を含むため、その詳細な気流を解析するためには大規模なCFDの実施が必要となる。ブロックベースのAMR法に基づく格子ボルツマン法を用いることで、マルチスケールの気流解析が実現できる。計算コードはリアルタイムシミュレーションを実施するために、GPUを用いて開発を行なっている。本研究では並列計算性能の向上のために、テンポラルブロッキング法を用いた省通信型マルチタイムステップアルゴリズムを提案した。日本原子力研究開発機構のGPUクラスタ(NVIDIA P100)に対して性能測定を行なった結果、488MLUPSの非常に高い計算性能の達成および、通信量の削減が確認された。

A real-time simulation of the environmental dynamics of radioactive substances is very important from the viewpoint of nuclear security. Since a lot of tall buildings and complex structures make the air flow turbulent in urban cities, large-scale CFD simulations are needed. To this end, a CFD code based on a Lattice Boltzmann Method (LBM) with a block-based Adaptive Mesh Refinement (AMR) method is developed. As the conventional LBM based on a single relaxation time collision operator often becomes numerically unstable at high Reynolds number, we apply a state-of-the-art cumulant collision operator. The code is developed on a GPU cluster at JAEA. By using new functions in CUDA8.0, the GPU kernel functions are tuned to achieve high performance on the latest Pascal GPU architecture. By introducing a temporal blocking technique, we achieve a high performance of 488 MLUPS per a GPU, and the number of the MPI communications is significantly reduced.