木構造に基づく細分化格子LBMにおける領域分割法の改善

長谷川 雄太; 青木 尊之*; 小林 宏充*; 井戸村 泰宏; 小野寺 直幸

計算工学講演会論文集(CD-ROM), 26, 6 Pages, 2021/05

Forest-of-octreesに基づく局所格子細分化法(LMR)を導入した格子ボルツマン法(LBM)に基づく空力解析コードに対し、挿し木法による領域分割の改善手法を提案した。従来の空間充填曲線に基づく領域分割法は、適合格子細分化法(AMR)やLMRで広く用いられているものの、GPUスパコン向けに実装された本空力解析コードにおいては袖領域通信が増大し計算のボトルネックとなるうることが確認された。本研究で提案する挿し木法は、粗い等間隔格子状の領域分割と細かい空間充填曲線に基づく分割のハイブリッドによる手法である。挿し木法により、領域分割の局所性と幾何形状が改善しており、通信量が従来の空間充填曲線に基づく手法に比べて3分の1に削減された。8GPU並列による性能検証では、コード全体で1.23倍の高速化が確認された。また、強スケーリングにおいてさらに性能の改善が見られ、128GPUの強スケーリングにおいては、従来手法に比べて1.82倍の高速化を示し、2207MLUPS (mega-lattice update per second)の計算性能を達成した。

並列計算機上での非構造格子生成システムの開発

村松 一弘; 島田 昭男*; 村上 弘幸*; 東田 明宏*; 若月 滋人*

計算工学講演会論文集, p.353 - 356, 2000/05

並列計算機を利用して、構造解析などで広く利用されている有限要素法向けの非構造格子を、大規模かつ高速に生成するシステムを開発した。一般に、非構造格子生成では、三次元空間における解析対象領域内部での節点発生や、節点から四面体要素を生成するのに最も計算時間を要する。そこで本システムでは、バケット法に基づいて形状内部の領域内に高速に節点を発生させる。次に、発生させた節点からデローニ分割法により四面体要素を生成する。また、このバケット法は、領域分割に基づいた並列化を容易ならしめており、これにより、節点発生及び要素生成は、領域分割による並列実行が可能となり、高速に処理することができる。実際にHITACHI SR2201の64PEを用いて、正三角柱に円柱状の穴が三つ空いた形状に対して、240万節点、1400万要素の大規模な非構造格子を4時間弱で生成できることが確認されている。

並列計算機上での流体解析のための実時間可視化システムの開発

村松 一弘; 大谷 孝之; 松本 秀樹*; 武井 利文*; 土肥 俊*

JAERI-Data/Code 98-014, 35 Pages, 1998/03

JAERI-Data-Code-98-014.pdf:1.83MB

並列計算機サーバ上での流体解析の結果を、ネットワークで接続されたクライアント上で解析と同時に可視化するとともに、解析及び可視化のための種々のパラメータをクライアントのGUI(Graphical User Interface)で制御する実時間可視化システムを開発した。本システムでは、並列計算機上で流体解析から画像データ生成までの過程を並列処理することにより高速化するとともに、サーバからクライアントへの画像データ転送に画像圧縮技術を用いることにより、ネットワークの負荷を軽減している。可視化処理の並列化は、Owner Computational Ruleに基づいている。またクライアント側はOS非依存の実現方式として、Javaアプレットを利用している。これによりWebブラウザさえインストールされていれば実時間可視化が可能になっている。

An Object-oriented programming paradigm for parallel computational fluid dynamics on memory distributed parallel computers

太田 高志*

Parallel Computational Fluid Dynamics, p.561 - 568, 1998/00

オブジェクト指向による数値流体計算の並列プログラムの設計を提案し、それが有効な手法となることを圧縮性流体のコードを例として示す。既存の科学計算のプログラムの並列化は一般に複雑なものとなり、又各並列計算機固有の構成やコンパイラなどに合わせるために互換性の全くないコードとなってしまう傾向がある。ここではオブジェクト指向により、並列処理に関する部分とアプリケーション特有の解法に関する部分を分離するような設計により、コードの保守に関して大きく改善するとともに、互換性の高いコードが書けることを示す。

並列計算機上での構造格子生成システムの開発

村松 一弘; 村上 弘幸*; 東田 明宏*; 柳澤 一郎*

計算工学講演会論文集, 2(1), p.113 - 116, 1997/05

大規模な計算格子を効率よく生成できる並列計算機対応の汎用構造格子生成システムを開発した。本システムは、繁雑な格子生成がGUIにより視覚的かつ効率的に行うことができる。GUIはMotifベースで開発しているため、任意のUNIX-WSで動作可能である。格子としては、デカルト・円筒座標、及びBFC座標を扱うことができる。BFC座標では、代数的補間法と偏微分方程式法による内部格子生成が選択でき、格子のスムージングが可能である。偏微分方程式法の計算部分は、一般に負荷が大きいため並列計算機に配置し、分散処理を行うことが可能である。また出力される格子データは、解析コードが並列計算機で動作する際の負荷分散のための領域分割に対応している。

並列計算機上での構造格子生成システム

村松 一弘; 村上 弘幸*; 東田 明宏*; 柳沢 一郎*

JAERI-Data/Code 97-005, 42 Pages, 1997/03

JAERI-Data-Code-97-005.pdf:1.51MB

大規模な計算格子を効率よく生成できる並列計算機対応の汎用構造格子生成システムを開発した。本システムは、座標系としてデカルト座標系、円筒座標系、BFC(Boundary-Fitted Curvilinear)座標系を扱うことができる。さらにBFC格子では、トポロジーとしてL型、O型、L型とO型の任意の組み合わせで構成されるマルチブロックに対応するとともに、代数的補間法、偏微分方程式法による内部格子点生成が選択でき、格子のスムージングが可能である。偏微分方程式法の計算部分は、一般に負荷が大きいため並列計算機に配置し、分散処理を行うことができる。このため、大規模な計算格子でも短時間での生成が可能である。また出力される格子データは、解析コードが並列計算機で動作する際の負荷分散のための領域分割に対応している。

並列計算によるRayleigh-Benard流れのDSMC解析

岸田 則生*; 横川 三津夫; 渡辺 正; 蕪木 英雄

計算工学講演会論文集, 1(1), p.117 - 120, 1996/05

2次元Rayleigh-Benard流れに対する直接シミュレーションモンテカルロコードであるPstc-2dをIntel Paragon上で並列化した。並列化により大規模なメモリ空間が利用可能となり、今まで実行できなかったアスペクト比が8のシミュレーションを実行できた。シミュレーション結果は連続体モデルの予測結果と良く一致しており、DSMC法が連続流に近い流れの解析にも適応可能なことが判明した。並列化はParagon固有の並列化ライブラリであるNXライブラリとPVMを用いて行った。DSMC法は通信量が大きいので並列化性能はあまり良くなく、新たな並列計算向きのアルゴリズムの開発が必要なことも判明した。

Parallel simulation on Rayleigh-Benard convection in 2D by the direct simulation Monte Carlo method

横川 三津夫; D.Schneider*; 渡辺 正; 蕪木 英雄

Parallel Computational Fluid Dynamics; Implementations and Results Using Parallel Computers, 0, p.75 - 80, 1995/00

直接シミュレーション・モンテカルロ法(DSMC法)によって、レーリーベナール対流を数値シミュレーションする場合、多大なメモリ領域と計算時間が必要である。このため、適応的衝突セル生成法を含んだDSMC法を、標準メッセージパシングライブラリPVM3を用いて並列化プログラムを開発した。並列化は領域分割法による。このプログラムを並列計算機IBM SP2で実行したところ、シリアル・プログラムの結果と一致した。16台のプロセッサを用いた時の計算時間は、1粒子、1時間ステップあたり1.5マイクロ秒が得られ、また、計算時間はプロセッサ数に比例して減少していくことが分かった。