富岳およびSummitにおける核融合プラズマ流体解析の高速化

Acceleration of fusion plasma turbulence simulation on Fugaku and Summit

井戸村 泰宏   ; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*

Idomura, Yasuhiro; Ina, Takuya*; Ali, Y.*; Imamura, Toshiyuki*

ジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dにおける半陰解法差分計算用に新しいFP16(半精度)前処理付き省通信クリロフソルバを開発した。このソルバでは、大域的集団通信のボトルネックを省通信クリロフ部分空間法によって解決し、さらに収束特性を向上するFP16前処理によって袖通信を削減した。FP16前処理は演算子の物理特性に基づいて設計し、A64FXで新たにサポートされたFP16SIMD処理を用いた実装した。このソルバをGPUにも移植し、約1,000億格子のITER規模計算の性能を富岳(A64FX)とSummit(V100)で測定した。従来の非省通信型ソルバに比べて、新しいソルバはGT5Dを倍加速し、富岳とSummitの両方で5,760CPU/GPUまで良好な強スケーリングが得られた。

A new communication avoiding (CA) Krylov solver with a FP16 (half precision) preconditioner is developed for a semi-implicit finite difference solver in the Gyrokinetic Toroidal 5D full-f Eulerian code GT5D. In the solver, the bottleneck of global collective communication is resolved using a CA-Krylov subspace method, and halo data communication is reduced by the FP16 preconditioner, which improves the convergence property. The FP16 preconditioner is designed based on the physics properties of the operator and is implemented using the new support for FP16 SIMD operations on A64FX. The solver is ported also on GPUs, and the performance of ITER size simulations with trillion grids is measured on Fugaku (A64FX) and Summit (V100). The new solver accelerates GT5D by from the conventional non-CA solver, and excellent strong scaling is obtained up to 5,760 CPUs/GPUs both on Fugaku and Summit.