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Communication Reduced Multi-time-step Algorithm for Real-time Wind Simulation on GPU-based Supercomputers

GPUスーパーコンピュータによる実時間風況解析のための通信削減マルチタイムステップ法

小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; Yussuf, A.*; 下川辺 隆史*

Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro; Yussuf, A.*; Shimokawabe, Takashi*

計算の高速化に向けて適合細分化格子(AMR)法を適用した格子ボルツマン法(LBM)に対して、通信削減マルチタイムステップ法(CRMT)を提案した。本手法はテンポラルブロッキング法に基づく定式化を行うことで、GPU計算で大きなボトルネックとなる通信回数の削減が可能となる。東京工業大学のTSUBAMEおよび東京大学のReedbushスーパーコンピュータにて性能測定を実施した結果、通信コストが64%に削減され、200GPUまでの弱および強スケーリング結果が改善された。以上の高速化により、2km四方の計算領域に対して1m解像度の風速5msの実時間解析が可能であることが示された。

We develop a communication reduced multi-time- step (CRMT) algorithm for a Lattice Boltzmann method (LBM) based on a block-structured adaptive mesh refinement (AMR). This algorithm is based on the temporal blocking method, and can improve computational efficiency by replacing a communication bottleneck with additional computation. The proposed method is implemented on an extreme scale airflow simulation code CityLBM, and its impact on the scalability is tested on GPU based supercomputers, TSUBAME and Reedbush. Thanks to the CRMT algorithm, the communication cost is reduced by $$sim 64%$$, and weak and strong scalings are improved up to $$sim 200$$ GPUs. The obtained performance indicates that real time airflow simulations for about 2km square area with the wind speed of $$5m/s$$ is feasible using 1m resolution.

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