令和4年度計算科学技術研究実績評価報告

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2023-001, 38 Pages, 2023/07

JAEA-Evaluation-2023-001.pdf:1.04MB

システム計算科学センターでは、「国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の中長期目標を達成するための計画(中長期計画)」に基づき、原子力分野における計算科学技術研究に関する研究開発を実施してきた。その計算科学技術研究の実績については、計算科学技術研究・評価委員会(以下「委員会」という。)により評価された。本報告は、システム計算科学センターにおいて実施された計算科学技術研究の、令和4年度における業務の実績及びそれらに対する委員会による評価結果をとりまとめたものである。

令和3年度研究開発・評価報告書 評価課題「計算科学技術研究」(事後/事前評価)

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2022-003, 61 Pages, 2022/11

JAEA-Evaluation-2022-003.pdf:1.42MB
JAEA-Evaluation-2022-003-appendix(CD-ROM).zip:6.16MB

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」という)は、「国の研究開発評価に関する大綱的指針」(平成28年12月21日内閣総理大臣決定)及びこの大綱的指針を受けて作成された「文部科学省における研究及び開発に関する評価指針」(平成29年4月1日文部科学大臣最終改定)、並びに原子力機構の「研究開発課題評価実施規程」(平成17年10月1日制定、令和4年1月20日改正)等に基づき、計算科学技術研究に関する事後評価及び事前評価を計算科学技術研究・評価委員会に諮問した。これを受けて、計算科学技術研究・評価委員会は、本委員会によって定められた評価方法に従い、原子力機構から提出されたシステム計算科学センターの運営及び計算科学技術研究の実施に関する説明資料の口頭発表と質疑応答を基に評価を実施した。本報告書は、計算科学技術研究・評価委員会より提出された事後評価及び事前評価の内容をまとめるとともに、事後評価及び事前評価の「評価結果(答申書)」を添付したものである。

Iterative methods with mixed-precision preconditioning for ill-conditioned linear systems in multiphase CFD simulations

伊奈 拓也*; 井戸村 泰宏; 今村 俊幸*; 山下 晋; 小野寺 直幸

Proceedings of 12th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems ScalA21) (Internet), 8 Pages, 2021/11

https://doi.org/10.1109/ScalA54577.2021.00006

多相熱流動解析コードJUPITERにおける前処理付き共役勾配法(P-CG)ソルバおよびマルチグリッド前処理付き共役勾配法(MGCG)ソルバに対して反復改良(IR)法に基づく新しい混合精度前処理を開発した。このIR前処理では全てのデータを半精度で格納してメモリアクセスを削減するが、全ての演算処理を単精度で行う。このハイブリッド半精度/単精度実装は単精度処理と同様の収束特性を維持しつつ、計算性能は半精度処理に近くなる。開発ソルバを富岳(A64FX)で最適化し、JUPITERの悪条件行列に適用した。新しいIR前処理を用いたP-CGソルバとMGCGソルバは8,000ノードまで良好な強スケーリングを示し、8,000ノードにおいて、これらのソルバはOakforest-PACS(KNL)における従来ソルバに比べてそれぞれ4.86倍および2.39倍に高速化された。

Acceleration of fusion plasma turbulence simulations using the mixed-precision communication-avoiding Krylov method

井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*

Proceedings of International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis (SC 2020) (Internet), p.1318 - 1330, 2020/11

https://doi.org/10.1109/SC41405.2020.00097

5次元ジャイロ運動論モデルに基づく次世代核融合実験炉ITERのマルチスケールfull-シミュレーションは核融合科学において最も計算コストが大きい問題の一つである。本研究では、新しい混合精度省通信クリロフ法を用いてジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dを高速化した。演算加速環境における大域的集団通信のボトルネックを省通信クリロフ法によって解決した。これに加えて、A64FXにおいて新たにサポートされたFP16SIMD演算を用いて設計された新しいFP16前処理により、反復(袖通信)の回数と計算コストの両方を削減した。富岳とSummitにおける1,440CPU/GPUを用いた1,000億格子のITER規模シミュレーションに対して、提案手法の処理性能は従来の非省通信クリロフ法に比べてそれぞれ2.8倍, 1.9倍高速化され、5,760CPU/GPUまで良好な強スケーリングを示した。

Numerical modeling assistance system in finite element analysis for the structure of an assembly

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 鈴木 喜雄; 沢 和弘; 飯垣 和彦

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 5 Pages, 2015/05

数値解析結果の妥当性を推定する手段の一つを提案する。有限要素法による構造解析をスーパーコンピュータの並列計算機能を活用して実行し、解析結果の相違を分析するとともに、入力データである有限要素分割の粗密を変更した解析結果を分析し、数値計算的な確かさを推定するシステムを提案する。解析結果を表現する解析結果モデルの形成過程は、データベースで機能IDとその計算手順のリストによって記述する。解析モデルマネージャは、計算手順を記述したリストの順序によって、すなわち複数の数値計算手続きにより、シミュレーションを実行することで、目的とするシミュレーションの数値計算解を出力する。その結果、目的とするシミュレーション結果が複数生成されることから、これらの結果の相違を比較し分析することで、解の正確さを推定する。本論での数値実験は静解析と動解析で実施し、その正確さを判断するための必要な手続きを明らかにした。数値実験は、京を用いて行った。

設計計算モデリングの動的支援技法

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 鈴木 喜雄

日本機械学会第24回設計工学・システム部門講演会講演論文集(USB Flash Drive), 9 Pages, 2014/09

計算科学を用いたアナリシスとして有限要素法を用いた構造解析やシミュレーションが活用され始めて久しい。実現象、特に「ものづくり」における利用条件を想定したなかでの設計対象の構造分析をシミュレーションすることはやさしくない。一層合理的な設計対象の分析を可能とするために、シミュレーショ手続きを動的に管理制御し、創発的方法論に基づく設計対象の構造分析を「京」のような並列計算機を活用して、その考え方を実装した。その結果、適切な解析解の推定を可能とする見通しを得た。

没入型VR装置における並列ボリュームレンダリング

中島 憲宏; 大野 暢亮*; 鈴木 喜雄*; 呉田 昌俊*

電気学会論文誌,C, 124(10), p.2197 - 2198, 2004/10

https://doi.org/10.1541/ieejeiss.124.2197

没入型VR装置でボリュームレンダリングを行う場合、テクスチャマッピングを利用すると簡易に実行できるが、特に視点がデータに近い場合、描画速度に問題がある。われわれは、テクスチャを利用しなくとも、2つの高速化アルゴリズムの併用とその並列化により、高速なボリュームレンダリングが没入型VR装置で実現できることを示した。本開発により、ボリュームレンダリングによるデータ全体の把握を、没入型VR装置でも高速に行うことが可能となった。

第4回創造的研究のための大規模データマネージメントシンポジウム論文集; 2002年9月2日-4日,光量子科学研究センター,京都

上島 豊

JAERI-Conf 2004-003, 62 Pages, 2004/03

JAERI-Conf-2004-003.pdf:6.14MB

本報告書は、2002年9月2日から4日の3日間、京都の関西研究所光量子科学研究センターで開催された第4回創造的研究のための大規模データマネージメントシンポジウムの論文10本をまとめたものである。本シンポジウムは、民間及び公的研究機関の研究者及びその関係者が大規模データ処理や可視化を伴う実験や研究及びその基盤を支えるネットワークなどの大規模データマネージメントに関する最新の研究、技術について報告し、情報交流を行うことを目的としている。本シンポジウムの構成は、講演及びパネルディスカッション、実験室・スーパーコンピュータ施設見学、併設科学館であるきっづ光科学館ふぉとん見学とした。民間から7件、大学・研究機関から10件の合計17件の講演があり、参加者は、所外からの参加者95名を含む合計117名の参加があった。本シンポジウムは、計算科学及び光量子シミュレーション及び実験研究において重要である大規模データマネージメント技術の現状及び展望を示し、今後の研究指針を立てるうえで貴重な場となった。

ITBLにおける可視化システム

鈴木 喜雄

JAERI-Conf 2004-003, p.52 - 55, 2004/03

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Conf-2004-003.pdf#page=60

日本原子力研究所計算科学技術推進センターでは、高速ネットワークの整備と併せて最新の情報処理技術の活用により、ITBL(Information Technology-Based Laboratory)プロジェクトを推進している。その一環として、ITBL実行計算機上で実行される数値シミュレーションの結果を可視化する、ITBL環境適合型可視化ソフトPATRAS/ITBL及びAVS/ITBLの開発を進めている。PATRAS/ITBLは、地理的に離れた場所に設置された複数台のスーパーコンピュータを利用するITBLの環境において実時間可視化が行えるよう開発している。AVS/ITBLは、科学計算結果の可視化に広く用いられているAVS/Expressの機能を拡張することにより、拠点サイトの可視化サーバから任意サイトのITBL実行計算機のディスクに置かれているデータを直接読み込める。また、ネットワークファイル(Vファイル)を指定するだけで、WWWブラウザ上で画像を表示できる機能も開発している。本講演ではこれら可視化システムの機能や利用事例について述べる。

Visualization systems on the Information-Technology-Based Laboratory

鈴木 喜雄; 齋 和憲*; 松本 伸子*; 羽間 収

IEEE Computer Graphics and Applications, 23(2), p.32 - 39, 2003/04

https://doi.org/10.1109/MCG.2003.1185578

日本原子力研究所計算科学技術推進センターでは、ITBL実行計算機上で実行される数値シミュレーションの結果を可視化する、ITBL環境適合型可視化ソフトPATRAS/ITBL及びAVS/ITBLの実装及び開発を進めている。PATRAS/ITBLは、地理的に離れた場所に設置された複数台のスーパーコンピュータを有効に利用したシミュレーションに対して実時間可視化が行えるよう開発を行っている。一方、AVS/ITBLでは、AVS/Expressの機能拡張により、拠点サイトの可視化サーバから任意サイトのITBL実行計算機のディスクに置かれているデータを直接読みに行くことを可能としている。また、AVS/Expressによって可視化される画像に対して、ネットワークファイル(Vファイル) を指定するだけで、Webブラウザ上で表示できる機能も開発している。これら可視化システムの構造や機能について述べている。