Acceleration of plume dispersion simulation using locally mesh-refined lattice Boltzmann method

局所細分化格子ボルツマン法を用いた物質拡散解析の高速化

小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   

Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro

放射性物質の拡散計算は、核セキュリティの観点から非常に重要である。近年、低消費電力および演算性能の高さよりGPUによる科学技術計算が注目されている。本研究では、GPUを用いた格子ボルツマン法による計算コード手法を構築することで、高精度かつ高速な風況解析手法を構築した。東京工業大学のスーパーコンピュータTSUBAMEによる弱スケーリングの性能測定を行った結果、4から144台のGPUに対して良いスケーリングが得られるとともに、CPUとの比較ではノードあたり30倍程度の性能を達成した。産業技術総合研究所の風洞実験に対する検証計算では、AMR法を適用することで全てを細かい格子で計算するのと比較して10%程度の格子点数で解析が可能となるとともに、実験による観測と良く一致している結果が得られた。

A large-scale simulation of the environmental dynamics of radioactive substances is very important from the viewpoint of nuclear security. Recently, GPU has been emerging as one of high performance devices to realize a large-scale simulation with less power consumption. We design a plume dispersion simulation based on the AMR-based LBM. We measure the performance of the LBM code on the GPU-rich supercomputer TSUBAME 3.0 at Tokyo Tech. We achieved good weak scaling from 4 GPUs to 144 GPUs, and 30 times higher node performance with CPUs. The code is validated against a wind tunnel test which was released from the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). The computational grids are subdivided by the AMR method, and the total number of grid points is reduced to less than 10% compared to the finest meshes. In spite of the fewer grid points, the turbulent statistics and plume dispersion are in good agreement with the experiment data.