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吉田 敏哉; 中山 浩成
日本計算工学会論文集(インターネット), 2020, p.20200013_1 - 20200013_9, 2020/07
都市域で放出された有害物質の拡散を迅速かつ正確に予測するため、large-eddy simulation (LES)モデルで事前計算した流れ場を用いて、Reynolds-averaged Navier-Stokesモデルにより拡散シミュレーションを行う結合モデルを提案した。まず、本モデルを簡易なストリートキャニオン内における物質拡散に適用した。その結合モデルの結果を風洞実験と比較し、乱流スカラーフラックスの経験パラメータを調整した。最適化したパラメータを使用した場合、結合モデルが予測した水平拡散分布はLESモデルの計算結果とよく一致することが分かった。続いて、結合モデルを実在都市上の物質拡散予測へ適用した。その結果、結合モデルは短い計算時間でLESモデルに近い計算精度を示すことができた。以上より、結合モデルは都市域にて危険物質が放出された際の即時評価に対し、有効なモデルになりうると考える。
櫛田 慶幸; 武宮 博
日本計算工学会論文集(インターネット), 2010, 10 Pages, 2010/03
近年、一つのシリコンチップのなかに複数の処理装置を封入したマルチコアプロセッサーがハイパフォーマンスコンピューティング分野で用いられるようになってきた。なかでも、世界最高性能の計算機であるRoadrunnerに搭載される非均質マルチコアプロセッサーCellは従来のプロセッサーに比べ高い処理性能を持つものの、従来のアルゴリズムを用いた場合はデータ転送速度がボトルネックになりシングルプロセッサーと同程度の性能しか発揮できないことがわかっている。特に、原子炉構造物の解析などに使われる有限要素法はデータ転送が多く発生するためCellでの高速化は困難である。このため、本研究では、Cellの高い計算能力を生かし、従来手法に比べ計算量を増加させながらもデータ転送時間を減じるアルゴリズムを開発し、全体の経過時間を短縮することに成功した。この成果は、今後ますます計算能力とデータ転送能力が乖離してゆくことが予想されるマルチコアプロセッサーの効果的な利用に寄与するものである。
木野 千晶; 鈴木 喜雄; 宮村 浩子; 武宮 博; 中島 憲宏
日本計算工学会論文集(インターネット), 2009(22), 12 Pages, 2009/11
本論文ではシステムによる物理的・工学的意味情報を汎用的に処理するための科学概念語彙(Scientific Concept Vocabulary : SCV)情報モデルを提案した。本モデルは物理的・工学的意味をシステムが数値的に扱えるようにするため、その意味を表現する具体的な実体データを付して記述することができる。よって、その物理的・工学的意味に即して規定された実体データを用いて、新たな物理的・工学的意味(実体データ)を生成することが可能となる。この新たに生成された物理的・工学的意味(実体データ)もまた科学概念語彙情報モデルの枠組みの中で記述されることで、その生成された意味を再利用し、さらに新たな物理的・工学的意味(実体データ)を生成することも可能とする。この科学概念語彙情報モデルを用いることで、システムにおける認識能力の実現を試みる。
山田 進; 今村 俊幸*; 町田 昌彦
日本計算工学会論文集(インターネット), 2009(15), 12 Pages, 2009/09
酸化プルトニウムなどの第一原理計算が有効でない物質をシミュレーションする有効な方法の1つに密度行列繰り込み群法(DMRG法)がある。DMRG法は本来1次元モデル用の方法であるが、発表者らがこれまでに提案した並列化により2次元モデルを高精度にシミュレーションすることが可能になった。この並列化ではall-to-all通信を利用しているが、この通信はすべてのプロセス間で通信するため、ネットワークに負担がかかる。現在主流の計算機であるマルチコアクラスタは、ネットワークの帯域に対するプロセス数が多いため、all-to-all通信には適しておらず、並列数を増やすと計算性能が低下する。そこで、問題の物理的性質を利用して通信データのパターンを適切に組合せることで、all-to-all通信を用いない通信アルゴリズムを提案した。この通信方法を用いた並列DMRG法をマルチコア計算機である東京大学のT2Kで実行したところ、これまでの方法と通信量はほぼ同じであるにもかかわらず、最大で4倍以上の通信性能の向上を実現した。
山田 知典; 荻野 正雄*; 吉村 忍*
日本計算工学会論文集(インターネット), 2009(14), 7 Pages, 2009/08
構造力学解析における計算効率の向上のためバランシング領域分割法の最適領域分割数推定方法について新たな提案を行った。大規模並列計算向きの手法として広く知られているコースグリッドコレクションを伴う反復型部分構造法では、その大規模化に伴いコースグリッドコレクションに要する計算量が問題となる。このため、本研究では1反復計算あたりのコースグリッドコレクション及び反復型部分構造法に必要となる計算量を算出し、その最適化を行った。数値計算例として二次加圧水冷却器などの実機器を対象としたシミュレーションを行い本提案手法が有効であることを示した。
山田 知典; 長嶋 利夫*
日本計算工学会論文集(インターネット), 2009(6), 7 Pages, 2009/03
従来の有限要素解析における要素生成の困難さを排除するためエレメントフリーガラーキン法(EFGM)を代表とする多くのメッシュフリー法が提案され久しい。これらの構造格子を利用したメッシュフリー法は解析対象の形状とメッシュ表面が一致するとは限らないため、境界条件、特に変位拘束等の基本境界条件をどのように適用するかという問題と境界上に存在する要素(境界要素)においていかに効率よく要素剛性行列を積分するかという問題が残されている。本研究ではメッシュフリー法の一種であるStructured eXtended FEMの定式化においてNewton-Cotes積分を利用した境界要素における効率的な要素剛性行列積分手法を示す。
木野 千晶; 鈴木 喜雄; 西田 明美; 櫛田 慶幸; 林 幸子; 中島 憲宏
日本計算工学会論文集(インターネット), 2008(18), 8 Pages, 2008/07
データ解析プロセスにおいて研究者の見落としを低減し、データ全体を隅々まで検証することを可能とするために、人間の認識能力の一部を情報科学技術により代用した「 認識能力を備えたデータ解析システム」Cognitive methodology based Data Analysis System(CDAS)の概念設計を行った。本研究ではまず数値シミュレーションにおけるデータ解析プロセスを体系的に検討し、妥当性評価のためのVV機能,有意味性評価のためのDD機能、加えてVV機能・DD機能から得られた情報を統合・解釈するためのSynthesis機能を備える必要があること、データ解析に用いる工学情報として設計情報・解析条件・結果データに対応する必要があること、評価・判断のための階層構造に対応する必要があることを見いだした。次にVV機能及びDD機能は分散処理システムとし、Synthesis機能と併せたシステム構成図を設計し、評価・判断機能として必要な情報を「観点」概念により構築する妥当性・有意味性の判断システム、及び解釈機能として科学的知見を数値化し解釈ルールを構築する手法を提案した。さらに、CDASを有限要素法による構造解析の結果データに適用することでその実現可能性を確認した。
山田 進; 今村 俊幸*; 町田 昌彦
日本計算工学会論文集(インターネット), 2006(27), 8 Pages, 2006/09
共役勾配法の理論に基づく固有値計算の収束性は前処理に大きく依存している。本論文では、計算過程で得られる近似固有値の情報を利用した前処理方法を提案した。この前処理方法を実際に量子問題に現れるハミルトニアン行列の基底状態の計算に利用したところ、一般に利用されている前処理方法と比較し、問題のパラメータによっては収束性が2倍以上向上することが確認できた。また、量子問題以外の行列に対する収束性も評価したところ、多くの場合で収束性が向上することが確認できた。
佐々 成正; 山田 進; 町田 昌彦; 荒川 忠一*
日本計算工学会論文集, 7, p.83 - 87, 2005/05
近年、幾何学的多重格子法(GMG)を改良した代数的多重格子法(AMG)が大規模連立一次方程式に対する高速ソルバーとして注目されている。われわれは磁場中での超伝導状態を記述するギンツブルグ-ランダウ方程式にこのAMGを適用して数値シミュレーションの高速化を行った。磁場中での問題であること、及び複雑な境界条件下での扱いが必要となるため、GMGではなくAMGの適用が必要不可欠である。本研究では、従来この問題の解法として用いられてきた共役勾配法とAMGの計算効率における比較によって、AMGの優位性を示した。
山田 進; 今村 俊幸*; 町田 昌彦; 荒川 忠一*
日本計算工学会論文集, 7, p.243 - 252, 2005/05
ほとんどすべての並列計算機では、データの通信にMPIライブラリを使用する。このMPIには通信処理と演算処理を同時に実行し、通信時間を隠蔽することができる通信命令が用意されている。しかしながら、実際に2つの処理が同時に実行できるかどうかは、計算機のハードウエアの機能やMPIの実装方法に依存しており、多くの計算機で同時に実行することが不可能である。そこで、本研究では共有分散メモリ型並列計算機のノード内並列機能とMPIを組合せて通信処理と演算処理を同時に行う方法を提案した。この方法は単純なプログラムの修正で実現できる。サンプルプログラムに提案方法を適用し、地球シミュレータ,日立SR8000,Compaq AlphaServer上で実行したところ、実際に通信と演算を同時に実行することが確認でき、最大で約1.8倍の高速化が実現できた。また、通信量の多い物理問題(ハミルトニアン行列の対角化)に適用し、地球シミュレータで実行したところ、約1.6倍の高速化が達成できた。
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
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。
横川 三津夫; 斎藤 実*; 萩原 孝*; 磯部 洋子*; 神宮寺 聡*
日本計算工学会論文集, 4, p.31 - 36, 2002/00
地球シミュレータは、640台の計算ノードをクロスバスイッチで結合した分散主記憶型並列計算機である。計算オードは8つのベクトルプロセッサからなる共有メモリシステムである。ピーク性能は40Tflops,主記憶容量は10TBである。地球シミュレータ上のプログラムの実効性能を推定するための性能予測システムGS
を開発した。GSのベクトル性能の予測精度を確認するために、3グループのカーネルループに対し、GSによる予測値とSX-4の測定値を比較した結果、実行時間の絶対誤差で0.89%,1.42%,6.81%が得られた。地球シミュレータの実効性能を予測した結果、 それぞれのグループで平均5.94Gflops,3.76Gflops,2.17Gflopsが得られた。
太田 高志*; 白山 晋*
日本計算工学会論文集, 1, p.27 - 33, 1999/00
並列流体計算のプログラム設計に対する、1つのアプローチを提案し、その実現のためにオブジェクト指向による、プログラミング・フレームワークを構築した。このフレームワークを核として、前・後処理を含めた、統合計算環境をシームレスに設計することが可能となる。本論文ではフレームワークの設計思想を解説し、実際のシステム構築計算例を紹介する。
渡部 弘*; 小口 多美夫*
日本計算工学会論文集, 2(1), p.63 - 65, 1997/05
固体中の電子状態計算は、物性研究や各種新物質、新材料開発にとって非常に重要である。特に密度汎関数理論に基づく電子状態計算は、調整可能なパラメータを含まないという非経験性のゆえに、第一原理計算として発展しており、多くの信頼性の高い結果を与えている。しかし一方、必要な計算リソースは計算時間、記憶容量ともに膨大であり、従来のベクトル型スーパーコンピュータでは多大な計算時間を必要とする。そこで我々は第一原理電子状態計算プログラムの並列化を行い、高速化を試みた。ターゲットマシンとしてはNEC製SX-4及び富士通製VPP300を採用した。数値実験を行った結果、SX-4では2並列時に1.60倍、VPP300では12PE使用時に最大4.97倍の加速率が得られた。
