原子力機構の新大型計算機システムにおける基本性能の評価

坂本 健作; 清水 大志; 鶴岡 卓哉*; 根本 俊行*; 石川 直太*

JAEA-Testing 2011-005, 88 Pages, 2011/11

JAEA-Testing-2011-005.pdf:5.16MB

日本原子力研究開発機構では、計算科学を活用した原子力の研究開発を加速するため、平成22年3月に旧システム(総理論演算性能15.3Tflops)を刷新し、国内最大規模となる総理論演算性能200Tflopsの大規模Linuxクラスタシステム(PRIMERGY BX900)と、総理論演算性能12Tflopsの次世代計算機プロトタイプ機(FX1)等からなるスーパーコンピュータシステム一式を導入、これらの運用を開始した。BX900は旺盛な計算需要に応えること、FX1は次世代スーパーコンピュータ(京コンピュータ)の利用に向けた原子力アプリケーションのチューニング環境を提供することを目的としている。本稿では、このスーパーコンピュータシステムの基本性能の評価結果について報告する。

Huge upper critical field in the superconductor with non-centrosymmetric crystal structure CeCoGe

Masson, M.-A.*; 村中 大志*; 松田 達磨; 河井 友也*; 芳賀 芳範; Knebel, G.*; 青木 大*; Lapertot, G.*; 本多 史憲*; 摂待 力生*; et al.

Physica C, 470(Suppl.1), p.S536 - S538, 2010/12

https://doi.org/10.1016/j.physc.2009.11.013

We report the upper critical field, , of the non-centrosymmetric compound CeCoGe by resistivity measurements under high pressure of 7.1 GPa, for along and axis, and for a magnetic field up to 17T. is very anisotropic, saturating at low temperature for along the axis and linear for along the axis. Very high () is observed for along the axis, with a huge value of the slope d/d =-47 1.3 T/K, the highest ever reported if normalized to the superconducting temperature of 0.65 K. This is most probably related to a conjunction of a heavy fermionic state and the absence of the Pauli limitation. A fit of () shows that the curves for a and axis can be reproduced with a moderate coupling Eliashberg theory.

First-principles calculation on screw dislocation core properties in BCC molybdenum

清水 大志; 尾方 成信*; 君塚 肇*; 叶野 琢磨; Li, J.*; 蕪木 英雄

Journal of the Earth Simulator, 7, p.17 - 21, 2007/06

https://doi.org/10.32131/jes.7.17

Predicting atomistic properties of a dislocation is a first step toward an understanding of plastic behavior of materials, in particular BCC metals. The core structure and Peierls stress of a screw dislocation in BCC metals have been studied over the years using the first-principles and empirical methods, however, their conclusions vary due to the inefficiency of the methods. We have executed first-principles calculations based on the density functional method, employing the most accurate 1120 k-point samplings, to determine the core structure and Peierls stress of the /2[111] screw dislocation of molybdenum. We have concluded that the core has a 6-fold structure, and determined the Peierls stress of 1.8 GPa for the simple shear strain along the (10) 111 direction.

平成17年度シミュレーション工学研究実績評価報告

大谷 孝之; 佐々 成正; 清水 大志; 鈴木 喜雄

JAEA-Review 2007-009, 36 Pages, 2007/03

JAEA-Review-2007-009.pdf:2.74MB

システム計算科学センターにおいては、「独立行政法人日本原子力研究開発機構の中期目標を達成するための計画(中期計画)」に基づき、シミュレーション工学研究に関する研究開発を実施している。この研究開発の効率的・効果的推進に資することを目的として、機構外の有識者・専門家による研究評価及び示唆を受けるため、機構の原子力コード研究委員会の下に原子力計算科学研究評価専門部会が設置された。本報告は、平成17年度にシステム計算科学センターにおいて実施されたシミュレーション工学研究の実績を原子力計算科学研究評価専門部会が評価した結果をとりまとめたものである。

Atomistic simulation of shear localization in Cu-Zr bulk metallic glass

尾方 成信*; 清水 大志; Li, J.*; 譯田 真人*; 渋谷 陽二*

Intermetallics, 14(8-9), p.1033 - 1037, 2006/08

https://doi.org/10.1016/j.intermet.2006.01.022

CuZr金属ガラス(Bulk Metallic Glass: BMG)のモデルシステムを用い、せん断変形の分子動力学シミュレーションを実施した。計算の結果、静水圧的及びせん断平面に垂直方向の応力の両方がせん断応答に影響を及ぼすことが確認された。せん断の局所化及びせん断帯の生成の現象は、小規模システム(原子数2,000)及び大規模システム(同524,288)の両方に見られた。

並列分子動力学ステンシルの紹介, 3; 基本プログラミング編

清水 大志; 蕪木 英雄

アンサンブル, (22), p.23 - 29, 2003/04

https://doi.org/10.11436/mssj1998.5.22_23

並列計算法開発グループでは、並列計算における基盤ソフトとして並列分子動力学シミュレーションツール「並列分子動力学ステンシル」(Parallel Molecular Dynamics Stencil)を開発した。「ステンシル」は材料物性研究等で広く使用される分子動力学法における並列プログラミングを効率的に進めるため、シミュレーションの対象となる系を記述するプログラムと並列化のためのプログラムを切り分けた後、再構成を行なったものである。本稿では「ステンシル」を用いたプログラミングの方法について具体例を挙げて説明する。

並列分子動力学ステンシルの開発

清水 大志; 君塚 肇*; 蕪木 英雄; 荒川 忠一*

計算工学講演会論文集, 7(1), p.163 - 166, 2002/05

分子動力学法は現実の物質系をミクロなレベルからシミュレーションする手法であり、ニュートンの運動方程式を直接決定論的に数値積分することにより、系の静的な特性とともに動的な特性を求めることができる。分子動力学法シミュレーションにおいて最も計算時間を要する部分は一般的に原子間の相互作用の計算であり、大規模なシミュレーションを行なうには相互作用のカットオフにより計算コストを減らす高速化手法を用いることが必要である。また、今日では計算の高速化や大容量のメモリを確保するのに並列計算が有効である。われわれは、並列化やカットオフによる高速化などのシミュレーション手法を記述するプログラムの機能単位を切り分け、これらを再構成することにより並列分子動力学ステンシルを開発した。並列分子動力学ステンシルを利用すると、並列化手法及びカットオフによる高速化手法について意識することなくプログラミングを行なうことが可能である。本論文では、並列分子動力学ステンシルの設計及び性能について報告する。

並列分子動力学ステンシルの開発

清水 大志; 君塚 肇*; 蕪木 英雄; 荒川 忠一*

日本計算工学会論文集, 4, p.225 - 230, 2002/04

http://joi.jlc.jst.go.jp/JST.JSTAGE/jsces/2002.20020015

分子動力学法(MD)シミュレーションにおいて最も計算時間を要する部分は一般的に原子間の相互作用の計算である。各原子に作用する力を単純なアルゴリズムで計算するとペアを検索するコストが対象とする系の原子数の2乗に比例することから、短距離力の系について大規模なシミュレーションを行なう際は、粒子間に作用する力にカットオフを設定して計算コストを減らすカットオフ手法を用いることが必須となっている。また、計算の高速化や大容量のメモリを確保するのに並列計算が有効である。われわれは並列化などのシミュレーション手法の記述と系の性質の記述が分離した、見通しの良いプログラムを作成する枠組みとして並列分子動力学ステンシルを開発した。並列分子動力学ステンシルは、原子間相互作用を計算するプログラムを対象となる系の性質(モデル)の記述のみとなることを実現している。

格子ボルツマン法による数値シミュレーション

蕪木 英雄; 清水 大志; 鈴木 惣一朗*

パソコンで見る流れの科学; 数値流体力学入門, p.258 - 285, 2001/07

格子ボルツマン法による流れの数値シミュレーション手法について歴史的背景,考え方の基礎をやさしく解説した。数値シミュレーションの例として板の後流について、読者が自由にレイノルズ数を設定しカルマン渦列の観察を行えるようプログラミングを行った。またパソコン上のInternet Explorerで可視化できるよう、プログラミングはJavaで行った。これにより2次元で最大レイノルズ数230程度までのカルマン渦列の時間発展を計算しながら観察可能である。

Performance analysis of parallel mathematical subroutine library PARCEL

山田 進; 清水 大志; 小林 謙一*; 蕪木 英雄; 岸田 則生*

Proceedings of 4th International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2000) (CD-ROM), 9 Pages, 2000/09

実際の科学技術計算において計算時間の大部分を占めているのは連立一次方程式の求解、行列の固有値の計算、などの数値計算である。日本原子力研究所は科学技術計算に比較的多く現れる基本的な数値計算をとりあげ、メッセージパッシングを用いた並列計算ルーチンを開発し、並列数値計算ライブラリ「PARCEL」として整備している。このライブラリは係数行列が疎行列であるような連立一次方程式の反復解法、エルミート行列の固有値の計算、擬似一様乱数の生成及び高速フーリエ変換から構成されている。本研究では、PARCELの特徴、性能について連立一次方程式の反復解法を中心に説明する。また、定評のあるほかのライブラリとの性能の比較を行い、同等の性能があることを数値実験から示す。