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論文

High performance computing for analyzing PB-scale data in nuclear experiments and simulations

立川 崇之; 手島 直哉*; 櫛田 慶幸; 宮村 浩子; Kim, G.; 武宮 博

High Performance Computing on Vector Systems 2011, p.107 - 117, 2012/01

原子力分野において実験装置の大規模化,計算機の性能向上に伴い、実験,シミュレーションが大規模なものになっている。これに伴い、出力される実験データ,シミュレーションデータも大規模化している。今後の原子力分野の研究において、得られた大規模データを効率よく解析し、有用な情報を得ることが必要となる。われわれは大規模データの解析に対し研究者が随時利用できるシステムを構築しており、今回2つの要素技術について取り上げる。1つは特定処理を高速化するプロセッサを用いて、データ解析を高速化する方法である。もう1つは多数の汎用PCに対し大規模データを分散記録し、解析処理を並列に行う方法である。これらの要素技術を用いたデータ解析システムの開発成果について発表する。この技術は原子力課題において、実験やシミュレーションから得られる大規模データ解析を高速化するための、計算機基盤技術である。

論文

Fault-tolerant mechanism of both job execution and file transfer for integrated nuclear energy simulation

立川 崇之; 手島 直哉*; 鈴木 喜雄; 武宮 博

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.591 - 597, 2011/10

発電プラントの耐震評価や核融合プラズマの安定制御など原子力システムを対象とした統合シミュレーションを実施するには、さまざまな要素コードを長時間連携させた計算が必要となる。従来からさまざまな連携制御支援ツールが開発されているが、連携できるシミュレーションが限られたり、コードに大幅な修正を要するという問題が存在する。さらに、長時間に及ぶ連携実行では、計算機やネットワークの予期せぬ停止や、計算時間超過による処理の打ち切りが発生する可能性があり、それらへの対処も必要である。これらの要因により、統合シミュレーション実現には多大な労力を要していた。本研究では、要素コード間で授受されるデータファイルの仕様及び関係を定義する一般的な枠組みを構築し、多様なプログラムをほとんど修正することなしに連携可能とした。また、長時間継続実行を支援するために、シミュレーションの停止やファイル転送の障害を検知する機能と障害発生時点からの自動再実行機能を実現した。本機能を核融合,地震耐力等多用な原子力統合シミュレーションコードに適用し、1%以下のコード修正で1週間以上に及ぶ自動実行が可能であることを確認することで、有効性を検証した。

論文

Full-scale 3D vibration simulator for an entire nuclear power plant on the simple orchestration application framework

Kim, G.; 中島 康平*; 手島 直哉*; 立川 崇之; 鈴木 喜雄; 武宮 博

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.634 - 638, 2011/10

原子力機構では、地震時における原子力発電施設の健全性に関する確認手法の高度化を目指し、原子力プラント耐震性評価用三次元仮想振動台の構築を実施している。数千部品からなる原子力発電施設全体を対象とした解析は、膨大な計算を要することから単一の計算機では困難である。本課題を解決するための一つの手段として、グリッド上の複数の計算機を連携させて計算を実施することを提案する。その際、連携する複数の計算機上でジョブの投入,ジョブ間ファイル転送,ジョブ再実行などといったプロセスを何度も行う必要がある。従来の仮想振動台ではこれらのプロセスが自動化されていなかったため研究者が手動でやらなければならず大きな手間になっていた。本研究では、これらのプロセスの自動化を実現するために、統合シミュレーションフレームワークの機能に取り組んだ。また、その機能を利用して開発したグリッド対応三次元仮想振動台アプリケーションを用いて高温工学実験研究炉を対象にした施設全体規模の弾性解析を実施し、一週間に及ぶ自動長時間計算に成功した。本実施により、プロセス自動化の有効性を確認することができた。

論文

大規模ネットワークデータの可視化; 大量のデータの流れを見る

宮村 浩子; 大坐畠 智*; 中尾 彰宏*; 川島 幸之助*; 手島 直哉*; 鈴木 喜雄; 武宮 博

全NUA C&Cシステムユーザー会平成22年度論文集(CD-ROM), 14 Pages, 2011/02

本論文では、分散ファイルシステムに格納されたデータのように、ネットワーク上に分散して格納された大量のデータの状態を可視化するシステムを提案する。近年、ハードウェアの低価格化,ディスクの大規模化,ネットワークの高速化によって大規模分散ファイルシステムが容易に構築できるようになった反面、ファイル数の増化のために、データサーバの管理者ですらその格納状態を把握できなくなっている。そこで、ユーザが観察する詳細度に応じてグラフのスタイルを変化させる適応的ネットワークグラフ表示のコンセプトを提案する。このコンセプトに準じた可視化システムを構築した。このシステムでは、大局的にデータを観察する際にはクラスタリング結果に基づいて選択的に情報を提示し、局所的にデータを観察するときには詳細情報を提示する。この技術は、原子力課題の大規模データハンドリングや知識継承を可能とするための計算機基盤技術である。

論文

Fault-tolerant mechanism of both job execution and file transfer for integrated nuclear energy simulation

立川 崇之; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 武宮 博

Proceedings of Joint International Conference of 7th Supercomputing in Nuclear Application and 3rd Monte Carlo (SNA + MC 2010) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2010/10

原子力エネルギー分野では、さまざまな物理現象,大スケールのシステムの挙動を扱うための大規模な統合シミュレーションが開発されている。統合シミュレーションでは、各々のコードがシステム内の各々の物理過程,各パーツを取り扱うようにして、複数のコードを連携して実行する。各コードは別々の組織によって開発され、特定の計算機での実行に適したように最適化されていることが多く、グリッド基盤を活用した連携実行が有用である。大規模シミュレーションは長時間にわたって実行されるため、実行中の耐故障性を考慮する必要がある。耐故障性は実行ジョブのみならず、ジョブ間のファイル転送に対しても考慮する必要がある。このため、われわれはエラー検知,ジョブ再投入,ジョブ間のファイル再転送機能を要する耐故障性機構を開発した。この機構を原子力エネルギーシステムに対して適用し、統合シミュレーションのエラー検知及び自動修復を行い、長時間実行を自動的に継続できることを示した。

論文

Full-scale 3D vibration simulator for an entire nuclear power plant on the simple orchestration application framework

Kim, G.; 中島 康平*; 手島 直哉; 立川 崇之; 鈴木 喜雄; 武宮 博

Proceedings of Joint International Conference of 7th Supercomputing in Nuclear Application and 3rd Monte Carlo (SNA + MC 2010) (USB Flash Drive), 5 Pages, 2010/10

原子力機構では原子力グリッド基盤(AEGIS)上で原子力発電施設の経年化・健全性確認への貢献、運転状態の科学的認知支援を目指し、原子力プラント耐震性評価用三次元仮想振動台の構築を実施している。数千部品からなる原子力発電施設の全容解析のためにはグリッド上の複数の計算機を跨いだ数週間に及ぶ長時間計算を実施する必要がある。また、実施の間複数ジョブの投入,ジョブ間ファイル転送,ジョブ再実行などといったプロセスを何度も行う必要がある。従来の仮想振動台ではこれらのプロセスが自動化されていなかったため研究者が手動でやらなければならなく大きな手間になっていた。本研究では、これらのプロセスを自動化させた三次元仮想振動台用グリッドアプリケーションを開発した。自動化を実現するためには原子力機構で開発した総合シミュレーションフレームワークの機能を取り組んだ。そして、開発したアプリケーションを用いて高温工学実験炉を対象にした全容解析を実施し、研究者の関与を必要としない高利便性の実行環境で一週間ほどの長時間計算に成功した。本実施により、プロセス自動化の有効性を確認することができた。

論文

Development of an international matrix-solver prediction system on a French-Japanese international grid computing environment

鈴木 喜雄; 櫛田 慶幸; 立川 崇之; 手島 直哉; Caniou, Y.*; Guivarch, R.*; Dayde, M.*; Ramet, P.*

Proceedings of Joint International Conference of 7th Supercomputing in Nuclear Application and 3rd Monte Carlo (SNA + MC 2010) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2010/10

CNRSとJSTが進める戦略的国際科学技術推進事業『仏国との「コンピュータサイエンスを含む情報通信技術」分野における研究交流』の下で実施している国際的マトリクスソルバー予測システムの研究開発(REDIMPS)プロジェクトにおいて、日仏間国際グリッドコンピューティング環境を構築し、本環境を利用できるようにマトリクスソルバー予測システムを設置して、本システムの機能を向上することを目的とした研究開発を実施した。具体的には、日本側のグリッドコンピューティング技術に仏国側のマトリクスソルバー予測技術を組合せ、日仏でそれぞれ開発したソルバーを追加し、日仏の理工学分野にかかわる計算科学研究者が、自身の有するアプリケーションプログラムに最適なマトリクスソルバーを選び出すことができる環境を実現した。これにより、両国の研究者に対し、各研究者自らアプリケーションプログラムの高速化等に有益な情報を取得できる場を提供することができた。

論文

Application integration control system for multi-scale and multi-physics simulation

木野 千晶; 立川 崇之; 手島 直哉; Kim, G.; 鈴木 喜雄; 新谷 文将; 西田 明美; 武宮 博

Proceedings of Joint International Conference of 7th Supercomputing in Nuclear Application and 3rd Monte Carlo (SNA + MC 2010) (USB Flash Drive), 4 Pages, 2010/10

フォールトトレラント機能を備えた新しいアプリケーション統合のための制御システムを開発した。本システムはアプリケーションを一つのジョブ実行と複数のファイル転送によって構成されるタスクとして取り扱う。本システムではフォールトトレラント機能を備えたジョブ実行APIを用いることで、投入されたジョブが何らかのトラブルで正常に実行されない場合は新しい計算機を指定し、必要なファイルを転送し、再度ジョブが投入される。これらのプロセスはXML形式で記述された定義ファイルによって制御される。複数のアプリケーションを連携させた流体・構造連成シミュレーションに本システムを適用し、システムの有用性を確認した。

論文

Development of simple orchestration application framework and its application to burning plasma simulation

立川 崇之; 中島 康平*; Kim, G.; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 武宮 博

High Performance Computing on Vector Systems 2010, p.107 - 120, 2010/09

分散配置された計算機上に実装されたプログラムを協調動作させることにより、原子力プラントの耐力シミュレーションや核融合プラズマの制御シミュレーションなど、大規模かつ複雑な統合シミュレーションを可能とする枠組みについて紹介する。シミュレーション技術の進展に伴い多様なシミュレーション手法を統合することで、より精緻なシミュレーションが実行可能となってきている。しかしながら、個々のシミュレーション手法を実装したコードを組合せ、実行制御しながら動作させることは、科学者にとって大きな負担となっている。われわれは統合シミュレーションにおける個々の要素プログラムの実行パターンが、ワークフロー型,パイプライン型などに分類できることに着目し、それらのパターンを設定ファイルに記述するだけで要素プログラムを連携動作可能とする機能を実現することで、既存コードを大幅に修正することなく連携動作可能とする枠組みを開発した。そして、核融合プラズマのシミュレーションに適用し、開発した枠組みが想定したシナリオ通りにシミュレーションを連携実行させることができることを示した。

論文

原子力グリッド基盤AEGISの研究開発

鈴木 喜雄; 立川 崇之; Kim, G.; 木野 千晶; 宮村 浩子; 手島 直哉; 林 幸子*; 青柳 哲雄; 武宮 博; 中島 憲宏

計算工学講演会論文集, 15(2), p.1051 - 1054, 2010/05

われわれは、原子力研究のための計算基盤を構築するために、原子力グリッド基盤AEGISの研究開発を進めてきた。本研究開発では、スパコンやデータベース等をネットワーク接続した仮想研究環境の構築を目的とした国家プロジェクトITBL(Information Technology Based Laboratory)において研究開発したITBL基盤ソフトウェアの知見と技術を発展させ、安全性と利便性の向上に取り組んだ。安全性については、個人認証とマシン認証による認証機構の二重化を行った。利便性については、利用者端末からグリッドの機能を利用可能とするアプリケーションプログラムインタフェースを開発した。これらの研究開発により、われわれは、原子力施設全体規模の3次元振動シミュレーション,原子力施設の地震耐力予測シミュレータなどの原子力研究に貢献した。

論文

Simple orchestration application framework to control "Burning Plasma Integrated Code"

立川 崇之; 中島 康平*; 手島 直哉; Kim, G.; 鈴木 喜雄; 武宮 博; 林 伸彦; 射場 克幸*

Proceedings of 3rd International Joint Conference on Computational Sciences and Optimization (CSO 2010), p.322 - 326, 2010/05

We have developed the Simple Orchestration Application Framework (SOAF) on a grid infrastructure to control cooperative and multiple execution of simulation codes on remote computers from a client PC. SOAF enables researchers to generate a scenario of their executions by only describing a configuration file which includes the information of execution codes and file flows among them. SOAF does not need substantial modification of the simulation codes. We have applied SOAF to the "Burning Plasma Integrated Code" which consists of various plasma simulation codes which exist on distributed heterogeneous computers located in different sites. We succeeded in cooperative and concurrent execution of four plasma simulation codes without substantial modification.

論文

グリッド上における統合シミュレーションの連携実行フレームワーク

立川 崇之; 中島 康平*; Kim, G.; 木野 千晶; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 武宮 博

FUJITSUファミリ会論文集(インターネット), 19 Pages, 2010/03

分散配置された計算機上に実装されたプログラムを協調動作させることにより、原子力プラントの耐力シミュレーションや核融合プラズマの制御シミュレーションなど、大規模かつ複雑な統合シミュレーションを可能とする枠組みについて紹介する。シミュレーション技術の進展に伴い多様なシミュレーション手法を統合することで、より精緻なシミュレーションが実行可能となってきている。しかしながら、個々のシミュレーション手法を実装したコードを組合せ、実行制御しながら動作させることは、科学者にとって大きな負担となっている。われわれは統合シミュレーションにおける個々の要素プログラムの実行パターンが、ワークフロー型,パイプライン型などに分類できることに着目し、それらのパターンを設定ファイルに記述するだけで要素プログラムを連携動作可能とする機能を実現することで、既存コードを大幅に修正することなく連携動作可能とする枠組みを開発した。

論文

Network computing infrastructure to share tools and data in global nuclear energy partnership

Kim, G.; 鈴木 喜雄; 手島 直哉

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 4(1), p.180 - 190, 2010/03

CCSE/JAEA integrated a prototype system of a network computing infrastructure for sharing tools and data to support international collaboration in GNEP (Global Nuclear Energy Partnership). We focused on three technical issues, accessibility, security, and usability. For the accessibility issue, we adopted SSL-VPN technology for the access beyond firewalls. We developed an authentication gateway based on PKI used shared key based encryption method to strengthen the security. In addition, we set fine access control policy for authorization of tools and data. For the usability issue, we chose Web browsers as user interface and developed Web application to provide functions to support sharing tools and data. By using WebDAV function, users can manipulate shared tools and data through the Windows-like folder environment. We implemented the prototype system in Grid infrastructure called AEGIS. The prototype system was applied for the trial use in the first period of GNEP.

論文

Network computing infrastructure to share tools and data in GNEP

Kim, G.; 鈴木 喜雄; 手島 直哉

Proceedings of 17th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-17) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07

Network computing infrastructure for sharing tools and data was implemented to support international collaboration. In designing the system, we focused on three issues: accessibility, security, and usability. For the first issue, SSL-VPN technology was adopted to access computing resources beyond firewalls. For the second issue, PKI-based authentication mechanism was used for access control. Shared key based file encryption was also used to protect against information leakage. The introduction of the authentication gateway enables to strengthen the security. To provide high usability, WebDAV was used to provide users with a function to manipulate distributed files through a windows-like GUI. These functions were integrated into a Grid infrastructure AEGIS. Web applications were developed on the infrastructure for dynamic community creation and information sharing. In this paper, we discuss design issues of the system and report the implementation of a prototype applied to share information for the international project GNEP.

報告書

J-PARC情報システムグループの認証システムグループによるICカードPKI認証方式のフィージビリティ・スタディ実施報告

手島 直哉; 青柳 哲雄; 橋本 清治*; 真鍋 篤*; 湯浅 富久子*; 中島 憲宏

JAEA-Data/Code 2009-004, 24 Pages, 2009/06

JAEA-Data-Code-2009-004.pdf:1.65MB

J-PARC情報システムグループの認証システムグループでは、J-PARCの情報システムで求められるセキュリティレベルに適合する認証方式を選択するため、J-PARCでの使用が想定されるICカードによるPKI認証方式に対し、J-PARCネットワークに適用・導入する際の問題点を事前に明らかにし、その実用性を検証することを目的にフィージビリティ・スタディを実施した。フィージビリティ・スタディの対象として、以下4つの検証項目を選択した。(1)「EAP-TLS無線LAN認証」,(2)「SSL-VPN装置を経由したWeb-SSLクライアント認証」,(3)「NAREGI-CAソフトウェアが発行する証明書によるICカードPKI認証」,(4)「DualカードタイプFeliCaを使用したPKI認証」。各検証項目に対して検証内容を定め、検証を実施した結果、有益な情報を得ることができた。本報告書は、これらフィージビリティ・スタディで実施した検証手順、結果及び得られた知見をまとめたものである。

論文

A Script generator API for the full-scale three-dimensional vibration simulation of an entire nuclear power plant within AEGIS

Kim, G.; 鈴木 喜雄; 手島 直哉; 西田 明美; 山田 知典; 新谷 文将; 武宮 博; 中島 憲宏; 近藤 誠

Proceedings of 1st International Conference on Parallel, Distributed and Grid Computing for Engineering (PARENG 2009) (CD-ROM), 12 Pages, 2009/04

We developed the Script Generator API to support users to develop Grid-enabled client application. The Script Generator API automatically generates a Grid-enabled workflow script needed to execute jobs on a Grid system. Using the Script Generator API enables users to use a Grid environment without consciousness of a Grid computing system. In this paper, we show the implementation of the Script Generator API in our Grid infrastructure and its utilization to the Full-scale 3D Vibration Simulator for an Entire Nuclear Power Plant. By developing a Grid-enabled client application for the Full-scale 3D Vibration Simulator, we confirmed the usability of the Script Generator API.

論文

放射線治療遠隔支援のための線量計算システムIMAGINEのグリッド化

斎藤 公明; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 中島 憲宏; 齋藤 秀俊*; 国枝 悦夫*; 藤崎 達也*

FUJITSUファミリ会論文集(インターネット), 20 Pages, 2009/02

放射線治療の品質保証や先端的治療技術の開発への貢献を目的に、超並列計算によって高精度・高速に患者体内の線量分布を計算できる線量計算システムIMAGINEを研究開発している。IMAGINEの実運用に向け、複数の治療施設から同時に大量の線量計算実行要求を受け付けることが想定されるため、われわれはIMAGINEシステムをグリッド化することで線量計算を分散処理し、線量計算ジョブの待ち時間を最小化することを検討した。本稿では、IMAGINEシステムのグリッド化にあたり生じた課題と、それに対して検討し見いだしたグリッドに対する知見として、プログラミングスキルを必要とせず、容易にアプリケーションのグリッド化を可能とする方式について紹介する。

論文

グリッドを意識しないグリッド利用法; シームレスAPIの提案とアプリケーションへの適応

中島 康平; 鈴木 喜雄; 手島 直哉; 杉本 振一郎*; 吉村 忍*; 中島 憲宏

全NEC C&Cシステムユーザー会平成20年度論文集(CD-ROM), 13 Pages, 2009/02

グリッドコンピューティング環境を利用するために用意されている多くのツールは、グリッドに配置されている各種計算機やジョブの管理・設定等を、計算機に直接アクセスせずに行えるように工夫がされている。しかしながら、これらのツールの使い方などはどれもグリッド基盤に特有のものであり、利用者はツールの利用方法を習得しなければならない。これは簡単なジョブを行うユーザも同様であるため、こうしたツールがあっても、グリッドの利用は敷居の高いものというイメージが持たれていたものと考えられる。そこで、ジョブの設定・実行などの定義を作成するツールの機能を、ジョブスクリプトジェネレータAPIとして実装し、ユーザアプリケーション内でこれらの設定を簡単に行えるようにした。本論文では、本APIの概要と、実際のアプリケーションへの適応について述べる。

論文

Interoperation between Atomic Energy Grid Infrastructure (AEGIS) and other grids

鈴木 喜雄; 櫛田 慶幸; 手島 直哉; 中島 康平; 西田 明美; 中島 憲宏

High Performance Computing on Vector Systems 2008, p.65 - 77, 2009/00

日本原子力研究開発機構システム計算科学センターでは、計算科学研究のための基盤構築に向け、1995年以来グリッドコンピューティングの研究開発を実施している。それらの一つがITBL基盤ソフトウェアの研究開発である。ITBLは、e-Japan戦略のもと実施されたe-Japan重点計画の一つとして実施された国家プロジェクトである。ITBL基盤ソフトウェアの技術を継承することにより、原子力研究のための知的基盤の構築を目指し、原子力グリッド基盤AEGISの研究開発を実施している。ここで、計算科学の進展とAEGIS環境の拡大を目指し、さまざまな分野にて国際協力を実施している。このため、AEGISと他のグリッドミドルウェアの相互接続環境を構築するためのシステムを構築した。

論文

Development of three-dimensional virtual plant vibration simulator on grid computing environment ITBL-IS/AEGIS

鈴木 喜雄; 西田 明美; 新谷 文将; 櫛田 慶幸; 阿久津 拓; 手島 直哉; 中島 康平; 近藤 誠; 林 幸子; 青柳 哲雄; et al.

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 3(1), p.60 - 71, 2009/00

原子力機構システム計算科学センターでは、原子力プラントの全容解析のための大規模シミュレーション技術の研究開発を実施している。特に、原子力プラントの震動応答解析のため、スーパーコンピュータを複数台接続した環境での3次元仮想振動台の構築を進めている。原子力プラントの全容シミュレーションでは、大規模なデータを処理することが課題となる。この課題克服のため、われわれは、シミュレーションのフレームワークとコンピュータのプラットフォームを提案し、構築した。コンピュータプラットフォームでは、グリッドコンピューティング基盤ITBL-IS及びAEGISにより、大規模な原子力プラントの全容シミュレーションを可能とした。また、本プラットフォームをベースとしたシミュレーションフレームワークでは、原子力施設HTTRの圧力容器と冷却システムに対する線形弾性解析に成功した。

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