富岳を用いた大域的full-fジャイロ運動論シミュレーション

Global full-f gyrokinetic simulations on Fugaku

井戸村 泰宏   

Idomura, Yasuhiro

本講演では、富岳における大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションコードGT5Dの高性能計算技術およびそれを用いて実施した数値実験の成果を概説する。富岳をはじめとするエクサスケール計算機では演算性能、特に、機械学習用に提供されている16bit演算の性能向上により通信性能のボトルネックが顕在化している。本研究では、16bit演算を活用した省通信アルゴリズムによりこの問題を解決し、GT5Dの飛躍的な高速化を達成した。富岳における数値実験により、核融合プラズマ乱流の遷移現象を解析し、熱、粒子、運動量の複雑な輸送特性を再現し、その物理機構を明らかにした。

In this lecture, we provide an overview of the high-performance computing techniques for the global full-f gyrokinetic simulation code GT5D on the Fugaku supercomputer, and discuss the results of numerical experiments conducted using it. Exascale supercomputers such as Fugaku have revealed communication performance bottlenecks due to the improvement in computational performance, particularly in the 16-bit operations provided for machine learning. In this research, we resolved this issue by employing communication-avoiding algorithms that leverage 16-bit operations, leading to a significant acceleration of GT5D. Through numerical experiments on Fugaku, we analyzed the transition phenomena of fusion plasma turbulence, reproduced the complex transport properties of heat, particles, and momentum, and elucidated their underlying physical mechanisms.