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論文

Nuclear fusion simulation code optimization and performance evaluation on GPU cluster

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 朴 泰祐*; 井戸村 泰宏

Proceedings of 2014 IEEE 28th International Parallel & Distributed Processing Symposium Workshops (Internet), p.1266 - 1274, 2014/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:30.15

GT5Dはトカマクプラズマにおける乱流現象の解析を目的とする核融合シミュレーションプログラムである。本研究ではこれをノードあたり複数GPUを搭載したGPUクラスタに対して最適化した。CPUノード上のGT5Dの特性評価に基づき、MPI通信以外のプログラムの時間発展部分全体をGPUに移植した。NVIDIA M2090 GPU4台を用いて、8コアを搭載したIntel Xeon E5-2670(SandyBridge)CPU2台に比べて、関数レベルで最大3.35倍、全体で1.91倍高速な処理性能が得られた。ここで、MPI処理とGPU計算をオーバーラップすることによって63%の性能向上が得られた。

論文

Nuclear fusion simulation code optimization on GPU clusters

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 朴 泰祐*; 井戸村 泰宏

Proceedings of 19th IEEE International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPDCS 2013) (USB Flash Drive), 2 Pages, 2013/12

A fusion plasma turbulence simulation code GT5D is optimized for GPU clusters with multiple GPUs on a node. We get 3.37 times faster performance in maximum in function level evaluation, and 2.03 times faster performance in total than the case of CPU-only execution on the HA-PACS GPU cluster. It includes 53% performance gain with overlapping MPI communications and GPU calculations.

論文

概況; 高速増殖炉燃料の研究開発, 再処理技術開発の研究開発

藤田 雄二; 遠藤 秀男; 青嶋 厚; 明珍 宗孝; 中村 博文; 小山 智造

サイクル機構技報, (8), p.84 - 86, 2000/09

サイクル機構技報(No.8)に12年度第1四半期の業務概況として、次の項目について報告する。・先進的核燃料リサイクル技術開発・高速炉燃料の再処理技術開発・高レベル放射性物質研究施設(CPF)・関連施設の設計建設(RETF)

論文

概況; 高速増殖炉燃料の研究開発, 再処理技術開発の研究開発

藤田 雄二; 遠藤 秀男; 青嶋 厚; 明珍 宗孝; 中村 博文; 船坂 英之

サイクル機構技報, (6), p.108 - 110, 2000/06

サイクル機構技報(No.7)に11年度第4四半期の業務概況として、次の項目について報告する。・先進的核燃料リサイクル技術開発・高速炉燃料の再処理技術開発・高レベル放射性物質研究施設(CPF)・関連施設の設計建設(RETF)

論文

Development of high efficiency and crowbar switchless dc power supply for 1MW CW CPD gyrotron

恒岡 まさき; 春日井 敦; 池田 幸治; 坂本 慶司; 今井 剛; 藤田 秀男*; 浅香 敏夫*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*; et al.

Int. J.Electronics, 86(2), p.233 - 243, 1999/00

 被引用回数:10 パーセンタイル:56.61(Engineering, Electrical & Electronic)

本論文は原研で開発したエネルギー回収型ジャイロトロン用主電源システムに関するものである。この電源容量は5MWで最大100KV,50Aの直流電源である。ジャイロトロン用電源では負荷であるジャイロトロンの異常発生時に10J以下の許容エネルギーで遮断しなくてはならない。従来はクローバスイッチを用いて電源を高速短絡して保護していたが、本電源には直流100KV,100A,360A遮断のIGBTスイッチを開発し採用した。また、ジャイロトロンは高速にビーム電源が立ち上がるため、直流電圧を制御する交流サイリスタスイッチの制御に状態フィードバック制御と負荷電流フィードフォワード制御を採用した。この電源はシリーズレギュレータ等の高ロス機器を採用せずに実現化された電源であり、効率も95%以上を確保している。

論文

Development of d.c.power supply for gyrotron with energy recovery system

恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 坂本 慶司; 春日井 敦; 今井 剛; 永島 孝; 浅香 敏夫*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*; et al.

Fusion Engineering and Design, 36(4), p.461 - 469, 1997/00

 被引用回数:23 パーセンタイル:84.25(Nuclear Science & Technology)

本論文は核融合プラズマの加熱の1方式である電子サイクロトロン周波帯加熱電流駆動に用いるジャイロトロン発振管用電源について述べたものである。特に原研にて開発成功したエネルギー回収型ジャイロトロン用電源について述べたものである。この電源は発振に必要な電力を供給する主電源と発振に必要な安定電界を形成するための加速電源から構成される。加速電源により加速された電子はジャイロトロンの空胴共振器で高周波電力に変換され、加速電圧と主電源電圧差で生ずる減速電界によりスペントビームのエネルギー回収を行う。本論文ではこれらの構成とジャイロトロン実験による実証例を述べた。これにより従来型の方式に較べ電源容量で1/2冷却装置容量で1/3になる見通しを明らかにした。

論文

DC100kV,100A,360A遮断IGBTスイッチの開発

恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 今井 剛; 浅香 敏夫*; 本郷 礼二*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*

電気学会論文誌,D, 116(4), p.497 - 498, 1996/04

本報告はエネルギー回収ジャイロトロンに用いる計画のIGBTスイッチの開発結果の速報である。直流100kV、100A、遮断電流360Aの定格の高速投入・遮断可能な半導体スイッチである。本報告では耐電圧試験、連続通電試験、短絡開閉試験の結果を報告を行った。耐電圧試験は直流130kV、10分間対地に対して印加した。連続通電試験では定格100Aを通電し、飽和温度を測定し保存温度限界125$$^{circ}$$Cに対して405$$^{circ}$$Cと余裕のある結果となった。短絡開閉試験では短絡した試験回路において開閉試験を行った。その結果、投入時間10$$mu$$s、遮断時間5$$mu$$sの高速性能を確認し、エネルギー回収ジャイロトロンの異常時の許容エネルギー10J以下を十分満足できる見通しを得た。さらに本スイッチは、単にエネルギー回収ジャイロトロンのみならず他の大容量加速器用クライストロン電源などの大型プラント用電源にも応用できる見通しが得られた。

論文

CPDジャイロトロン用特別高圧高安定化電源の開発

恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 今井 剛; 浅香 敏夫*; 飯山 俊光*

電気学会論文誌,D, 115(5), p.539 - 544, 1995/00

プラズマ核融合の電子サイクロトロン共鳴加熱装置(ECRH)の発振源であるジャイロトロンの効率は30%台と低くコストパフォーマンスが低い難点がある。そこでエネルギー回収ジャイロトロンと駆動電源を開発した。本論文はこの駆動電源のうち、重要な電子ビームの加速電源の開発について述べた。本電源はDC-DCコンバータ方式を採用したDC250V、120AをDC100kV、0.3Aに変換するもので5kHzのインバータ、高周波昇圧変圧器およびPWMチョッパ回路によって構成されている。高周波変圧器においては正弦波で7kHzまでの周波数応答を得ている。この変圧器と対に6台のインバータを30°の位相差を設けて特高出力のリップルを緩和している。さらにチョッパ制御には積分制御と状態フィードバックを用いてオーバーシュートすることなく20msの応答速度を得ている。これにより効率48%のジャイロトロン実験に成功した。

論文

長パルス大電力ジャイロトロン用電源の制御と保護

恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 永島 孝; 奈良 秀隆*; 石橋 正幸*; 原田 和彦*

プラズマ・核融合学会誌, 70(9), p.992 - 1002, 1994/09

本論文は核融合プラズマの高周波加熱法の1つである電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)に用いられる発振源のジャイロトロンの実証実験に必要な高圧高安定化電源の制御と保護について述べたものである。特に長パルスジャイロトロンの運転には商用系統から受電するが、負荷保護に用いるクローバスイッチによって短絡させられる点が問題となる。これを解決するため交流のGTOスイッチを採用した。さらにジャイロトロンのカソード電圧を$$pm$$0.2%に安定化させるためレギュレータチューブを採用した。また、ジャイロトロンの高速保護のため高速インターロック回路を採用した。ここではこれらGTOスイッチの制御、レギュレータチューブの制御を明らかにし、さらに高速インターロック回路の動作について明らかにした。

報告書

高周波工学試験装置(ジャイロトロン出力試験装置)設計報告書

恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 永島 孝

JAERI-M 92-045, 94 Pages, 1992/03

JAERI-M-92-045.pdf:1.87MB

本報告書はJT-60クライストロン出力試験装置を電子サイクロトロン共鳴加熱帯(100GHz帯)のジャイロトロンをも出力可能となる高周波工学試験装置へと改造した設計報告についてまとめたものである。ジャイロトロン出力試験装置としての基本性能は、出力電圧-50~-90kV、出力電流は30A(短パルスモードでは40A)の運転が可能で、パルス幅は最大10sである。その出力電圧の安定度は$$pm$$0.2%以下であり、電流の立上げは200$$mu$$s以下の高速立上げを可能とするものである。さらに本論では、序論、設計方針、各部仕様、まとめ、謝辞について述べ、設計方針では主結線機器配置から法律上問題となる点について触れ、さらに各部仕様ではジャイロトロン出力試験装置として新たに配備した主要機器について述べた。

論文

Development of a high power gyrotron for ECH of tokamak plasma

坂本 慶司; 恒岡 まさき; 前原 直; 春日井 敦; 藤田 秀男*; 菊池 正也*; 山本 巧; 永島 孝; 假家 強*; 岡崎 行男*; et al.

Proceedings of the 17th International Conference on Infrared and Millimeter Waves, p.188 - 189, 1992/00

トカマクプラズマの電子サイクロトロン加熱(ECH)を想定した100GHz帯大電力発振器であるジャイロトロンの開発の現状を発表する。120GHz,500kW,100ミリ秒の仕様を持つジャイロトロンの開発及び発振実験を行い、460kW,100ミリ秒の出力及び215kW,200ミリ秒の出力を達成した。また、さらに次のステップとしてパルス幅1秒、出力500kWの長パルス型ジャイロトロンを開発し、現在その発振実験を開始した。会議では、これらのトピックスを中心に、今後の原研におけるジャイロトロンの開発計画についても発表を行う予定である。

論文

Construction and testing of the new multijunction LHRF launcher for JT-60 upgrade

関 正美; 池田 佳隆; 小西 一正*; 今井 剛; 高橋 春次; 横倉 賢治; 沢畠 正之; 菅沼 和明; 佐藤 稔; 藤城 賢司*; et al.

Fusion Technology 1990, p.1060 - 1064, 1991/00

高効率の電流駆動を目指して高周波特性のよいランチャを製作するためには、導波管の薄い「仕切り板」の変形を極力抑えられる製作技術の確立が重要であった。JT-60Uの新型マルチジャンクションLHRFランチャの製作にあたっては、拡散接合を応用した製作技術を開発しその有用性をプロトタイプにて確認するとともに実機に採用した。製作されたランチャを使って高周波の性能試験を行い、位相量とパワー分配比が測定されその誤差は高帯域の周波数にわたって許容範囲内にあり、ほぼ設計値の放射スペクトルが期待され実験条件に合わせて最適のスペクトルが選択できる。大電力の高周波パワーを真空容器内に入射することによって耐電力試験を行いながら同時にランチャーのプリエーシングを順調に進め、単パルスながら入射パワーが一導波管当り~400kWまでに達した。このパワーは、実機の最大運用値の約1.6倍にもなり、電流駆動実験等において安定に大電力のパワーを入射できると期待できる。JT-60Uの高温度プラズマにて本ランチャによる電流駆動実験により、定常化トカマクへのデータベースが得られると思われる。

論文

「高速増殖炉燃料の研究開発」「再処理技術開発の研究開発」

藤田 雄二; 中村 博文; 遠藤 秀男; 青嶋 厚; 小山 智造; 明珍 宗孝

サイクル機構技報, , 

サイクル機構技報(No. )に12年度第 四半期の業務概況として次の項目について報告する。・先進的核燃料リサイクル技術開発・高速炉燃料の再処理技術開発・高レベル放射性物質研究施設(CPF)

口頭

GPUクラスタにおける核融合シミュレーションコードの実装

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 井戸村 泰宏; 朴 泰祐*

no journal, , 

核融合プラズマシミュレーションコードGT5Dを大規模GPUクラスタに移植し、その性能評価を実施した。ノードあたり4GPUを搭載する筑波大学のHA-PACSシステムにおいて主要カーネルをGPUメモリ上へ移植し、GPU間の通信処理を演算処理とオーバーラップする通信マスク手法を開発した。移植した主要カーネルの処理性能としてはCPUに比べて平均2.3倍程度の高速化を達成したが、コード全体としては処理時間比率で7割程度のカーネルしか移植が完了していないため、1.3倍程度の高速化に留まった。しかしながら、通信マスク手法を適用することにより、1.85倍まで性能を改善することに成功した。

口頭

GPUクラスタHA-PACSにおける核融合シミュレーションコードの性能評価

藤田 典久*; 奴賀 秀男*; 朴 泰祐*; 井戸村 泰宏

no journal, , 

1ノードに複数のGPUを搭載したGPUクラスタシステムに対して核融合プラズマ乱流シミュレーションコードGT5Dの最適化を行った。全ての計算ループをGPU上に移植し、主要なMPI通信に通信オーバラップ手法を適用した。HA-PACSシステム上で、CPUのみの計算に比べてGPU-CPU計算で2.03倍の高速化を達成した。

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