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計算科学技術推進センター
JAERI-Review 2005-044, 44 Pages, 2005/09
JAERI-Review-2005-044.pdf:8.2MB
本報告書は、日本原子力研究所計算科学技術推進センター(CCSE)における平成16年度の研究開発活動について報告するものである。特に、当センターが参画しているITBL計画について中間評価を受け、第13回科学技術・学術審議会研究計画・評価分科会情報化科学技術委員会(平成16年4月26日)において、原研担当の基盤技術については高い評価を得た。
計算科学技術推進センター
JAERI-Review 2005-014, 70 Pages, 2005/08
JAERI-Review-2005-014.pdf:3.6MB
本報告書は、日本原子力研究所計算科学技術推進センターにおける平成15年度の研究開発活動について報告するものである。
羽間 収; 中島 憲宏; Post, P.*; Wolf, K.*
Proceedings of 8th US National Congress on Computational Mechanics (USNCCM-8) (CD-ROM), 1 Pages, 2005/07
原子炉内における複雑物理現象を解明するために計算科学は常に期待され用いられてきた。これは、実物大かつ稼動状態にある原子炉の実験は不可能であると言えるからである。われわれは、計算機上に仮想原子炉を構築し、数値実験により保守や運用に活用できる3次元仮想振動台と称するシミュレーションシステムの開発を行っている。原子炉内の複雑物理現象を数値的に補足するにはあらゆる現象の相互作用を考慮する必要がある。そこでわれわれは、複数の任意シミュレーションソフトを複数台の任意計算機上で連携させることによって弱連成解析を可能とする極めて汎用性の高いカップラの開発を行ってきている。連成解析を行うにあたっては、莫大な計算資源が必要となり、ソフト,ハード各種資源の共有も円滑に図る必要があるため、本研究ではITBLと称されるグリッド基盤上でカップラの開発を行っている。本報告では、開発を行ってきている並列弱連成解析援用カップラとその利用、また今後の展開について紹介する。
篠原 主勲; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
計算工学講演会論文集, 10(2), p.629 - 632, 2005/05
体積一定の制約条件下で圧力抵抗が最低となる最適な形状を構築するため、随伴変数法を定式化し、最急降下法を用いてArmijoの基準に基づく直線探索法の並列化アルゴリズムを構築した。またITBLというグリッド・コンピューティング環境で並列分散処理機能を用いて、効率的に演算処理する方式を提案した。構造の特性,信頼性,コスト性が複雑に絡み合う評価関数,制約条件からなる高負荷の計算が要求されるラグランジュ関数の極値の探索方法を構築した。極値探索で生じる膨大な計算量を、不特定多数のスーパーコンピュータを用いて、ホスト間のデータ通信を削減し、最適な形状更新ベクトルの探索を並列分散処理することで、実時間の計算処理を可能とした。
羽間 収; 中島 憲宏
計算工学講演会論文集, 10(1), p.259 - 260, 2005/05
われわれは原子力発電プラントの安全性を計算科学技術により解明・立証する技術の研究開発の一貫として、耐震解析情報管制システム及び3次元仮想振動台の開発を検討している。これは現存する原子炉を仮想的に計算機上に再構築し、全体を複雑組み立て構造物として、おもに数値シミュレーションにより地震動等に対する安全性評価実験を行うというものである。本数値実験環境は各種資源の共有を円滑に図ることが肝要であり、また必要とされる計算資源も莫大なものになるため、これらに対処するため現在開発が行われているITBL(Information Technology Based Laboratory)をその基盤とする。原子炉の数値実験を行うにあたっては、種々の外的要因を考慮する必要があり、取り扱う問題はいわゆるマルチフィジクスとなる。そこでわれわれはITBLグリッド環境内において複数の任意シミュレーションソフトを複数台の任意計算機上で連携させることによって弱連成解析を可能とする極めて汎用性の高いカップラの開発を行ってきている。本報告では、開発を行ってきている並列弱連成解析援用カップラとその利用、また今後の展開について紹介する。
羽間 収; 中島 憲宏
Proceedings of 6th MpCCI User Forum, p.76 - 77, 2005/05
シミュレーション技法や分散・並列解析手法の進歩に伴い、実時間内に複雑な物理現象を数値的に追跡することが可能になりつつある。しかし、一般的には複数の現象が相互に作用している場合がほとんどであり、これを数値シミュレーションにおいて扱うための連成解析手法の研究・開発が進められてきている。現在、われわれは実大・稼動時の原子炉の数値実験を可能とする3次元仮想振動台の開発を行っている。本システムはITBL上において原子炉内における複雑な現象の解明を目指しており、これを実現するためあらゆるソフトウェア・ハードウェアの連携が必要となる。そのため、独Fraunhofer SCAIが開発したMpCCI及び計算科学技術推進センターが開発を行ってきたSTAMPIを併用することで、ITBLにおいて任意ソフト・ハードの連携による連成解析を可能とする機構の開発を行ってきた。今回は3次元仮想振動台の開発状況及び連成解析機構のITBLへの展開について報告する。
鈴木 喜雄; 松本 伸子*; 山岸 信寛*; 荒川 拓也*; 倉石 英明*
JAERI-Data/Code 2004-013, 163 Pages, 2005/02
JAERI-Data-Code-2004-013.pdf:33.81MB
日本原子力研究所計算科学技術推進センターでは、e-Japan重点計画の一つであるITBL(Information-Technology Based Laboratory)計画を推進している。ITBL計画の目的は、大学や研究機関に分散された計算機・プログラム・データ等の知的資源を共有し、研究者間の共同研究を支援するための仮想研究環境の構築である。AVS/ITBLは、このITBL環境において効率的に可視化が行えることを目指して開発している可視化ツールである。本可視化ツールは、ITBL基盤ソフトウェア上のツールとして実装しており、AVS/Expressと連携して動作する。AVS/ITBLの主な機能として、ITBL環境において遠隔地にある計算データを直接的に可視化可能なAVSクライアントによる可視化機能,Webブラウザで可視化画像を表示可能なWebクライアントによる可視化機能,複数の利用者が協調して可視化を行うことが可能な可視化コラボレーション機能、及びシコマンドラインからの実行によりバッチ的に可視化を行うことが可能なバッチ可視化機能がある。本書では、ITBL計画におけるアプリケーションの一つである数値環境システムでのこれら機能の利用手引について記述しており、操作概要について詳細に記述を行っている。
羽間 収; 中島 憲宏; 平山 俊雄; Post, P.*; Wolf, K.*
IWACOM, P. 161, 2004/11
数値手法やハードウェアの進歩に伴い、複数の物理場を同時に解明する汎用的手法として、連成シミュレーションの研究が可能となり、進められている。このような問題は多大な計算機資源を要するため、ITBLのような並列分散処理環境が必要不可欠である。したがって、われわれは異機種並列計算機間で弱連成解析が行える統合数値シミュレーション基盤の開発をこれまで行ってきている。本基盤は市販ソフトウェアを含めたあらゆるシミュレーションソフトの連携を並列分散処理環境下で可能にすることを目的の一つとしている。統合数値シミュレーション基盤を紹介するとともに、それを流体-構造連成解析に応用し、その有用性を示す。
中島 憲宏; 木村 英雄; 樋口 健二; 青柳 哲雄; 鈴木 喜雄; 平山 俊雄; 矢川 元基
第23回日本シミュレーション学会大会発表論文集, p.117 - 120, 2004/06
原子力プラントの安全・安心ソリューションとして、より確実な担保が求めらている。発電プラント全体を組立品として安全解析するシステムを並列分散コンピュータ(グリッド・コンピューティング)上で開発した。弱連成を主体とした構造-流体-熱問題をシミュレーションできる環境を実現した。これにより原子力の設計・安全基準などへの計算科学による裏づけを与え、安全・安心な技術を支援する。
鈴木 喜雄; 松本 伸子*; 齋 和憲*; 山岸 信寛*
計算工学講演会論文集, 9(2), p.613 - 616, 2004/05
日本原子力研究所では、国内研究機関の計算資源や知的資源を高速ネットワークSuper SINETを介して共有可能な仮想研究環境ITBL(Information-Technology-Based Laboratory)の構築を目的としたプロジェクトを推進している。日本原子力研究所計算科学技術推進センターでは、ITBLを構築するうえで必要となる基盤技術の一つとしてITBLシステム基盤ソフトウェアの研究・開発を進めている。ここで、本ソフトウェア上のツールの一つとして可視化ツールの研究・開発を進めている。ITBLでは、遠隔地に設置された複数の計算機を利用することから、このような遠隔地にあるデータを効率的に可視化することが必要である。また、遠隔地にいる研究者間の議論を支援するため、遠隔地間で協調的に可視化できることが必要である。そこで、このような機能を実装した可視化ツールとして、AVS/ITBL及び、PATRAS/ITBLの構築を行った。これらのツールはそれぞれポスト可視化及び、実時間可視化に適している。本講演では、これらの可視化ツールのより詳細な特徴とシミュレーション研究への適用例について述べる。
山崎 一郎*
JAERI-Tech 2004-040, 92 Pages, 2004/04
JAERI-Tech-2004-040.pdf:16.11MB
IT技術を活用した仮想研究環境であるITBLの構築が進み、実際にITBLのハードウェアやネットワーク技術、そしてITBL基盤ソフトウェアが提供する基本ツール群を利用して、全国に散在するスーパーコンピュータが透過的に利用できるようになりつつある。これにより、組織的あるいは地理的制約を超え、いろいろな分野の先端的ソフトウェアや大規模データベースを利用することが可能となってきた。ITBL利用推進室では、従来よりITBLの利用・普及を目的に、共有化ソフトウェアやデータベースの整備,HPC技術の利用支援活動を実施してきた。また、先端科学・計算科学分野における人材養成の観点から、各種応用ソフトウェアのセミナー等を企画開催している。特にITBL共同利用センターにおいては、実際にITBL環境を利用して、バイオ関連やナノテクノロジー関連、そして流体・構造解析関連のセミナー等を実施している。今回、これらセミナーの中で、有限要素解析(FEM)に注目し、産業界や大学等の研究者,技術者を対象に、ITBL環境における大規模並列有限要素解析に移行する、あるいはチャレンジする足がかりとなるようFEMの教育教材整備を行ったので、ここにその内容を報告する。
中島 憲宏
計算工学, 9(2), p.919 - 920, 2004/04
日本原子力研究所計算科学技術推進センターの研究環境について解説する。原研における計算科学研究の位置付けを示すとともに、計算科学技術推進センターのミッションを概観する。さらに、日本原子力研究所における計算機環境の概要について述べるとともに、次世代計算機環境としてITBLの概要について述べる。
光量子科学研究センター; 計算科学技術推進センター
JAERI-Conf 2004-002, 81 Pages, 2004/03
JAERI-Conf-2004-002.pdf:7.77MB
この大規模データマネージメント関連会議の合同論文集は、14本の大規模データマネージメント関連の論文からなっている。これらは、2003年1月29日から30日の2日間開かれたITBL環境下での大規模データマネージメントに関するオープンワークショップと2003年1月31日に開かれた大規模シミュレーションを使った光量子物質相互作用研究会の論文をまとめたものである。
前迫 浩*; 鈴木 喜雄; 青柳 哲雄; 中島 憲宏
FUJITSU, 55(2), p.109 - 115, 2004/03
ITBL(Information Technology Based Laboratory)プロジェクトは、e-Japan重点計画の一つとして、6つの研究機関が主体となり推進されている。本プロジェクトの目的は、研究機関が固有に所持しているスーパーコンピュータ・プログラム・データなどの知的資源を共有化し、研究者間の共同研究を支援する仮想研究環境を構築することである。日本原子力研究所は、この仮想研究環境を実現しうるためのITBLシステム基盤ソフトウェアの開発を行っている。ITBLシステム基盤ソフトウェアは、スーパーコンピュータを接続するための認証機能や並列分散通信機能,それらを利用するためのジョブ実行支援機能,研究者のコミュニケーションを支援するコミュニティ機能などを提供する。ここでは、ITBLシステム基盤ソフトウェアの紹介のほか、アプリケーションとして開発している量子生命情報システム,数値環境システムについても紹介する。
鈴木 喜雄
JAERI-Conf 2004-003, p.52 - 55, 2004/03
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。
宮崎 幹也*
JAERI-Tech 2004-038, 38 Pages, 2004/02
JAERI-Tech-2004-038.pdf:7.04MB
今日、可視化と呼ばれるデータの視覚化作業が多くの研究分野で行われており、専門とするソフトウェアも多数存在している。これらのソフトウェアにおいては、一部の解析ソルバに対するインターフェースは用意されているが、実際には多くのシミュレーションで解析から可視化作業の途中に、可視化ソフトウェアに対応させるためのデータ変換などが必要となる。本報告書は、ITBLコミュニティソフトウェアとして整備を進めている大規模構造解析システムの利用者から要望の多い、ITBL計算機環境における可視化ソフトウェアであるAVS/Expressを用いたデータ可視化環境の整備について述べるものである。これによりITBL計算機上でのシミュレーション後の可視化環境としてITBL画像サーバを利用することが可能となる。また将来的に、ITBL/AVS環境に組み込むことでITBL環境におけるコミュニティー内でも利用可能となる。
山崎 一郎*; 吉村 忍*
JAERI-Tech 2003-050, 58 Pages, 2003/05
JAERI-Tech-2003-050.pdf:5.13MB
ITBL利用推進室では、ITBLの利用・普及を目的として、共有化ソフトウェア・データベースの整備や利用マニュアルの整備などを実施しており、その一環として超並列環境で高い並列処理性能を持つ設計用大規模並列有限要素法解析システム:ADVENTURE(代表開発者:東京大学教授,吉村忍)の利用環境整備を行った。本報告書では、ADVENTUREシステムの一連のプロセスの操作方法やPCクラスタへのインストール方法について報告する。
今村 俊幸; 長谷川 幸弘*; 山岸 信寛*; 武宮 博*
計算工学講演会論文集, 8(2), p.793 - 796, 2003/05
ITBL上で分散アプリケーションを定義・構成・実行するための環境TME(Task Mapping Editor)について報告する。TMEはGUIをベースとし、利用者が分散する計算資源の依存関係(ワークフロー)を定義することによって、アプリケーションの構築が容易に実現される。一方で、実行時にはワークフローを元にしたモニタリング機能を有するため、TMEの利用はアプリケーション動作の直感的な理解に大きく寄与する。また、TME上で定義したアプリケーションはTME上では一般のアプリケーションと全く同等の扱いとなり、それらを再帰的にTME上で利用することができる。そのため、複数サイトにあるアプリケーションやデータを組み合わせた複雑な手続きの系統的なデザインやTME上での版管理・修正,利用者による部品(コンポーネント)の変更、また利用者間での分散アプリケーションの共有などが容易となる。本報告では、ITBLの通信基盤を用いてTMEを実装し、複数機関に配置された計算機リソースを用いた分散アプリケーションの定義・構成・実行について概要を示す。
清水 大志; 門吉 朋子; 蕪木 英雄; 山岸 信寛*; 長谷川 幸弘*; 樋口 健二
計算工学講演会論文集, 8(2), p.801 - 804, 2003/05
長時間計算が必要となるシミュレーションを分割する際の一連のリスタート処理について、ネットワーク上に分散した計算機群から利用可能な計算機を自動的に割り当てて実行する分散並列MDシミュレーション環境を構築した。約40万原子のシミュレーションでは、並列分子動力学ステンシルによるシミュレーションプログラムの可搬性とITBLの並列分散プログラム実行環境を組み合わせることにより、効率の良いシミュレーション計算の実行に非常に有効であることが確認された。
樋口 健二; 大谷 孝之; 長谷川 幸弘*; 鈴木 喜雄; 山岸 信寛*; 木村 和幸*; 前迫 浩*; 福田 正大; 矢川 元基
計算工学講演会論文集, 8(2), p.797 - 800, 2003/05
平成13年度に開発したITBL基盤ソフト
版を用いて、航研及び理研との接続実験を行い、二種類のスーパーコンピュータ(スパコン)による熱伝導計算と流体計算の連成計算を実現した。実験は、平成15年2月17日に日本科学未来館で行われた「第3回ITBLシンポジウム」において公開された。その内容は、航研のユーザが自サイトから原研のスパコン(ITBL計算機: Fujitsu PRIMEPOWER)にジョブを投入し熱伝導計算を開始後、理研のスパコンNEC SX-6iに流体計算をspawn(以上、連成計算)、さらに毎時間ステップごとに二つの解析結果を合成し、端末に実時間表示するというものである。この実験で実証された技術は、いずれもグリッド・コンピューティングに不可欠なものであり、ITBL基盤ソフトのような実用のミドルウェアにおいて機能実証され、しかもネットワークとスパコンに関わる実運用システム上で動作確認されたことは、世界で初めてのことである。この実験成功により日本のグリッド研究は大きな一歩を踏み出したと言える。
