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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。
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。
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。
田代 徹*; 立川 崇之
Numerical Simulations of Physical and Engineering Processes, p.301 - 318, 2011/09
平衡統計力学を用いた自己重力系の定常状態に至る振舞いに関して述べる。系が球対称性である場合には解析解が得られることが知られているが、原点で質量密度が発散したり、全質量が発散したりするという問題がある。統計力学の修正により得られるKingモデルは、この分布をうまく記述できる。われわれはKingモデルで表される特別な準定常状態にいたる系の力学的進化を説明できる理論を提案する。自己重力系は緩和に非常に長い時間を要する。さらに粒子間は引力のみ働き、無限の距離を伝わるため、全粒子間の力を計算しなければならない。このため、進化には大変な量の計算を要する。われわれは特定処理プロセッサで引力の計算を行った。さらに自己重力系の数値シミュレーションから、われわれのモデルは現実的な質量密度分布を記述するのに妥当であることを確かめた。この技術は、粒子多体系シミュレーションの高速化に適用し、大変形を伴う流体の挙動や材料の経年変化などの解析を効率化するための計算機基盤技術である。
立川 崇之; 水野 俊太郎*
Dark Energy; Theories, Developments, and Implications, p.241 - 294, 2010/10
The existence of dark energy is a serious problem in modern cosmology. For the origin of the dark energy, many models including a cosmological constant have been proposed. Although these models can explain the present acceleration of the Universe, some of the models would not be able to explain the observed large-scale structure of the universe. Therefore, in order to constrain the models of the dark energy, we should consider the structure formation in the universe. From primordial density fluctuation, the large-scale structure is formed via its own self-gravitational instability. In this review, we summarise various analytic approaches to the evolution of the density fluctuation in Newtonian cosmology and show they can be helpful to distinguish models when applied to the quasi-nonlinear region. We also mention several applications of the analytic approaches including the initial condition problems for cosmological N-body simulations, higher-order Lagrangian perturbation theory.
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。
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。
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。
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。
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。
田代 徹*; 立川 崇之
Journal of the Physical Society of Japan, 79(6), p.063001_1 - 063001_4, 2010/06
被引用回数：7 パーセンタイル：46.65(Physics, Multidisciplinary)乗法的及び増大するノイズを伴うランダム過程に基づいたモデルにより、コア周囲の自己重力多体系において、非マクスウェル的分布を得た。数密度分布はランダム過程に対応するフォッカー・プランク方程式の定常解から得ることができる。われわれは得られた数密度分布が、摩擦係数と付加したノイズの強度を調節することにより、コアの周囲のキングモデルにおける数密度分布と一致することを示した。さらに、重い粒子を持つ系にわれわれのモデルを適用できることを示した。また、重力多体系専用計算プロセッサGRAPEを用いたN体シミュレーションとの比較により、われわれのモデルの有効性を検証した。
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。
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.
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。
立川 崇之; 阪上 雅昭*; 樽家 篤史*; 岡村 隆*; Ruffo, S.*
no journal, ,
システムの平衡状態を知ることは、例えば振動の緩和過程を解析するうえで非常に重要である。統計力学の視点で見ると、平衡状態はエントロピー最大の状態に対応する。エントロピー最大状態の分布関数を導出する方法は長年研究されてきたが、従来の方法では導出において解の収束性に問題があった。そこでわれわれは解の導出に際し、収束性を考慮してエントロピー最大状態の分布関数を導出する新たな方法を開発した。平衡状態はボルツマンエントロピー最大の状態で導出できる。近年は緩和過程を記述できると期待されるさまざまなエントロピーモデルが提案されている。われわれの方法はさまざまなエントロピーモデルにも拡張が容易であり、これらのモデルの妥当性を検証できる。本研究ではわれわれの方法の評価の一例として、2次元HMFモデルと呼ばれる簡単な長距離モデルに対し、N体シミュレーションとさまざまなエントロピー最大状態の分布関数を導出する方法を比較し、システムの緩和過程を記述できるエントロピーモデルを検証した。
Kim, G.; 中島 康平*; 立川 崇之; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 武宮 博
no journal, ,
We developed Grid-enabled application of the 3D virtual plant vibration simulator on Simple Orchestration Application Framework (SOAF). The vibration simulator is an analysis system to analyze seismic response of a whole digitalized nuclear power plant. Components of a power plant are treated in hierarchical manner so that large components are grouped at primary level and small components such as pipes at secondary level. Boundary condition data are transferred from the primary level to the secondary level. SOAF provides function to enable users to simply define the data transfer in pipelined scenario which is impossible to realize using the existing workflow tools. In this workshop, we demonstrate the efficiency of pipelined scenario and usability of SOAF confirmed by the analysis of the High Temperature Engineering Test Reactor of JAEA using the application.
立川 崇之; 中島 康平*; Kim, G.; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 武宮 博
no journal, ,
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、原子力グリッド基盤AEGISに実装した。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。
立川 崇之; 中島 康平*; Kim, G.; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 武宮 博
no journal, ,
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、核融合プラズマの制御シミュレーションや原子力プラントの耐力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フレームワークについて紹介する。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。さらにジョブ再投入機能の実装により、長時間に渡るシミュレーションの自動再実行が可能となった。
Kim, G.; 中島 康平*; 立川 崇之; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 武宮 博
no journal, ,
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3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また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3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。
立川 崇之; 櫛田 慶幸; 宮村 浩子; 手島 直哉*; 藤林 健一*; 武宮 博
no journal, ,
計算機の性能向上に伴うシミュレーション及び実験装置の大規模化に伴い、時間的,空間的に詳細なデータが得られるようになってきている。今後、出力されるデータはテラバイト,ペタバイト規模になると予想され、膨大なデータから有用な情報を目的となる時間内に抽出する技術はますます重要になると考えられる。本発表では並列分散処理技術を用いて、膨大なデータを即時的に解析する方法を検討した。100GB規模の実験データを対象とし、計算機に分散記録したデータを並列処理することにより、目的となる時間以内に解析を完了できることを確認した。また、科学技術分野のデータを並列分散処理で解析する際の、アルゴリズム構築の注意点、及び大規模な実データを用いずにチューニングを図るための手順を明らかにした。本技術は今後、原子力施設の耐震シミュレーションの結果評価などにも適用可能であり、大規模・複雑な原子力分野のデータ処理の効率化が期待できる。
