エクサスケールシステムへ向けたプラズマ乱流コードの現代化と高速化

Modernizing and accelerating fusion plasma turbulence codes targeting exa-scale systems

朝比 祐一   ; 前山 伸也*; Latu, G.*; Garbet, X.*; 渡邉 智彦*; 青木 尊之*; 荻野 正雄*

Asahi, Yuichi; Maeyama, Shinya*; Latu, G.*; Garbet, X.*; Watanabe, Tomohiko*; Aoki, Takayuki*; Ogino, Masao*

2019年度学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN)国際共同研究のもと、仏国CEAの共同研究者とエクサスケールの核融合プラズマ乱流シミュレーションのための物理モデル開発およびHPC技術開発を行った。先進的な物理モデルとして仏国開発のGYSELAコードに運動論的電子モデルを導入し、日本において開発された同等のコードであるGT5Dコードと線形計算におけるベンチマークを行った。HPC技術開発としては、どのような技術を活用すれば運動論コードの高可搬性実装が可能となるかを調べた。特に、GYSELAコードを特徴付ける高次元性とSemi-Lagrangian schemeといった特徴を抽出したミニアプリケーションを作成し、それをOpenACCおよびKokkosにおいて並列化し、それぞれの手法の利点, 欠点を調査した。OpenACCは指示行を挿入することで、Kokkosは高レベルな抽象化を行うことで性能可搬実装を実現する。発表では、生産性, 可読性, 性能可搬性の観点からそれぞれの手法の利点, 欠点を論じる。

Under the JHPCN international collaboration with French researchers, we have integrated a kinetic electron model into the kinetic plasma turbulence code GYSELA developed in France. We also explore a performance portable for a kinetic fusion plasma turbulence code like GYSELA. For this purpose, we extract the key features of GYSELA such as the high dimensionality and the semi-Lagrangian scheme, and encapsulate them into a mini-application which solves the simpler version of Vlasov-Poisson system as GYSELA. We implement the mini-app with Open ACC and Kokkos to evaluate the advantages and disadvantages of each approach, from the view point of performance portability, readability and productivity.