Acceleration of full-f gyrokinetic Eulerian code GT5D on Fugaku and Summit

富岳とSummitにおけるfull-fジャイロ運動論的オイラーコードGT5Dの高速化

井戸村 泰宏   

Idomura, Yasuhiro

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を世界最大のメニーコアCPU型スーパーコンピュータ富岳およびGPU型スーパーコンピュータSummitにおいて高速化した。GT5Dは半陰解法差分スキームに基づいており、高速な運動論的電子の陰解法差分ソルバが全体の80%以上の計算コストを占める。この陰解法ソルバは元々クリロフ部分空間法を用いて開発されたが、大域的集団通信と袖通信が演算加速に伴うボトルネックとなってきた。この課題を解決するために、新しい半精度前処理を用いて収束特性を向上し、反復回数と通信回数を一桁削減した。新しいソルバによって富岳とSummitの両方で大幅な性能向上を達成し、実質量の運動論的電子を用いた数値実験が実現した。

The Gyrokinetic Toroidal 5D full-f Eulerian code GT5D is accelerated on the world largest CPU based and GPU based supercomputers, Fugaku and Summit. GT5D is based on a semi-implicit finite difference scheme, in which the implicit finite difference solver for fast kinetic electrons occupies more than 80% of the total computing cost. The implicit solver was originally developed using a Krylov subspace method, in which global collective communications and halo data communications were becoming bottlenecks with accelerated computing. To resolve this issue, the convergence property is improved by using a new FP16 preconditioner, and an order of magnitude reduction of the number of iterations and thus, communications was achieved. The new solver showed significant speedups both on Fugaku and Summit, and enabled numerical experiments with real mass kinetic electrons.