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論文

強相関電子系における超大規模固有値問題; 地球シミュレータ上でのベクトル並列計算

山田 進; 町田 昌彦; 今村 俊幸*

情報処理学会論文誌; コンピューティングシステム(インターネット), 45(SIG6(ACS6)), p.161 - 170, 2004/05

強相関電子系の電子状態を求める際に現れる超大規模なハミルトニアン行列の固有値のベクトル・並列計算法を提案した。このハミルトニアン行列は小さい行列の直積の形で表せるため、本研究ではその構造を利用し、ベクトル計算する際のメモリアクセスが連続や奇数等間隔になるような計算方法を提案し、実際の計算から通常用いられているアクセスが間接指標となる方法より約4倍高速に計算できることを確認した。また上記の行列の形を利用し、通信量及び演算が均等に分割されている並列計算方法を提案した。これらの提案手法により1次元24サイトのd-pモデルに対応する約180億次元のハミルトニアン行列の最小固有値及び固有ベクトルを地球シミュレータを用いて計算し、提案した並列計算手法は均等に負荷分散ができ、また通信の待ち時間が少ないため、通常用いられる並列計算手法より4$$sim$$5倍高速に計算できることを確認した。

論文

Vectorization of direct Fock matrix construction in DIRAC-DHF calculations

望月 祐志*; 松村 昌幸*; 与倉 徹一*; 平原 幸男*; 今村 俊幸

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(2), p.195 - 199, 2002/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:61.4(Nuclear Science & Technology)

DIRACは、2電子積分から直接Fock行列を計算することにより大規模なDirac-Hartree-Fock計算が可能なソフトウェアである。積分の寄与を計算する際、コストの大きい交換項ではアドレスの衝突が起こるために単純なベクトル化はできない。今回、作業配列を導入することによりベクトル化を達成した。また、前段階のスクリーン処理も合わせてベクトル化した。ベクトル化率は、この結果90%を超え、Dirac-Hartree-Fockで2倍,線形応答では約3倍の加速が得られた。なお、この研究は地球シミュレータ用のソフトウェア整備の一環として行ったものである。

論文

並列数値計算ライブラリ「PARCEL」; 構造解析計算による性能評価

山田 進; 清水 大志; 今井 隆太*; 君塚 肇*; 加治 芳行; 蕪木 英雄

計算工学講演会論文集, 6(1), p.233 - 236, 2001/05

日本原子力研究所では科学技術計算に比較的多くあらわれる基本的な数値計算である連立一次方程式の反復法,固有値問題,フーリエ変換,擬似乱数生成の各ルーチンについて、メッセージパッシングを用いた並列計算ルーチンを開発している。この並列計算ルーチン群は並列数値計算ライブラリPARCEL(Parallel Computing Elements)として公開されており、実際に数多くの国内外の大学等の研究機関で利用されている。本研究では、PARCELの連立一次方程式の反復解法を用いてベクトル並列計算機上で構造解析を行い、その結果からデータの格納法や前処理等についての並列性能を評価した。

論文

非構造メッシュ用BILU前処理付き反復法のベクトル化・並列化手法

襲田 勉*; 丸山 訓英*; 鷲尾 巧*; 土肥 俊*; 山田 進

情報処理学会論文誌, 41(SIG8), p.92 - 100, 2000/11

共有メモリベクトル並列計算機の演算性能を最大限に引き出すような、ランダムパース行列のためのBlock(ブロック)ILU前処理付き反復法のベクトル・並列化手法を提案し、その手法を並列ベクトル型スーパーコンピュータSX-4(SRAM版,1CPUのピーク性能2GFlops)上で性能評価した結果を示す。ここでブロックとはある格子点上に定義された複数の未知数からなる集合とする。ベクトル処理をすることが難しいとされるBILU前処理演算のベクトル化のためにIDS-JAD(In Dependent Set Jagged Diagonal)形式を導入し、共有メモリベクトル並列化のためにMJAD(Multiple JAD)形式を導入した。IDS-JAD形式の導入により間接アドレス参照によるメモリアクセスの負荷が低減され、不要な演算を除去できる。MJAD形式の導入によりCPU間の周期回数が低減できる。3次元構造解析問題(GeFEM Tiger V1.0)を用いた約100万自由度の評価例題を使った数値実験において、1CPUで1.0GFlops,8CPUで6.8GFlopsを達成した。

報告書

格子ガス気液モデルのシミュレーションコードの並列化

川井 渉*; 海老原 健一; 久米 悦雄; 渡辺 正

JAERI-Data/Code 2000-024, p.151 - 0, 2000/03

JAERI-Data-Code-2000-024.pdf:4.34MB

MPI(Message Passing Interface)ライブラリを用いて、格子ガス気液モデルによる流体現象のシミュレーションコードの並列化を行った。並列化によって、より大規模なシミュレーションを行うことが可能となった。また、分散メモリ型ベクトル並列計算機VPP500、分散メモリ型スカラ並列計算機AP3000、ワークステーションクラスタにおいて実行した結果、実行時間がほぼプロセッサ台数に比例して減少した。

論文

3次元中性子拡散ノード法コードMOSRA-Lightの概要

奥村 啓介

RIST News, (29), p.10 - 16, 2000/03

MOSRA-Lightは、4次の多項式展開ノード法に基づく定常3次元中性子拡散計算コードである。ノード法はメッシュ分割の大きさに敏感でないため、中性子の平均自由行程が短い体系であっても20cm程度の粗いメッシュを使用して正確な計算が可能である。その結果、3次元問題においては未知数の数が格段に少なくなり、非常に高速な計算が可能となる。さらに、本コードでは、新たに開発したベクトル計算機に適した「境界分離チェッカーボードスウィープ法」を採用している。この手法は、問題の規模が大きくするほど高速化法も増大する特長がある。ベクトル化とノード法の両効果を併せると、有限差分法に基づくスカラ計算コードの1000倍以上の高速計算が可能となる。本報では、したMOSRA-Lightコードの機能と高速化手法について紹介する。

報告書

光量子分子動力学コード[QQQF,MONTEV]のベクトル化及び並列化

加藤 香*; 功刀 資彰; 小竹 進*; 芝原 正彦*

JAERI-Data/Code 98-007, 104 Pages, 1998/03

JAERI-Data-Code-98-007.pdf:3.31MB

本報告書は、光量子物質相互作用シミュレーション用に開発されている、量子分子動力学コードQQQFのFujitsu VPP上でのベクトル並列化及び、VPPからIntel Paragon XP/Sへの移植及び並列化、並びに光モンテカルロ-分子動力学ハイブリッドコードMONTEVに対するVPPからParagon XP/Sへの移植及び並列化について記述したものである。

報告書

X線結晶構造解析プログラムの並列化

渡部 弘*; 南 正雪*; 山本 昭二*

JAERI-Data/Code 97-038, 24 Pages, 1997/10

JAERI-Data-Code-97-038.pdf:0.95MB

X線結晶構造解析プログラムのベクトル化及び並列化について報告する。ベクトル化ではベクトル長の長い多次元離散フーリエ変換ルーチンを開発導入し、オリジナル版の12.0倍の高速化を達成した。さらに上記ルーチンをSX-4のマイクロタスク機能により、共有メモリ内での並列化を行った。その結果、14並列でさらに3.0倍の高速化が図られた。オリジナル版の経過時間と14並列版の経過時間を比べると、35.9倍の高速化に成功している。

報告書

分子動力学コードの段階的並列化手法

折居 茂夫*; 大田 敏郎*

JAERI-Data/Code 96-023, 48 Pages, 1996/07

JAERI-Data-Code-96-023.pdf:1.52MB

分子動力学法を用いた数値シミュレーションコードの並列化を、2フェーズ法と呼ばれる並列化方法を用い、段階的に行なった。その結果、ベクトル並列計算機VPP500とスカラ並列計算機Paragonにおいて、ある計算パラメータの範囲では、doループのインデックスを使用して計算を各プロセッサに割り当てる並列化方法で並列性能を得られることがわかった。またVPP500では、広い範囲の計算でパラメータで並列性能が得られた。この理由は、doループレベルでは並列性能が出ない計算が、ベクトル化により時間コスト的に無視できるようになったためである。また、ベクトル化のためプログラムのより狭い範囲に時間コストが集中し、その部分の並列性能が出てきたためである。本報告書は、VPP500とParagonにおける分子動力学コードの段階的並列化方法とその並列性能を示す。

論文

Development of efficient general purpose Monte Carlo codes used in nuclear engineering

中川 正幸

Proc. of IFIP Working Conf. on the Quality of Numerical Software, 0, p.349 - 360, 1996/00

国際情報処理連盟主催の「実用ソフトウェアの品質」に関する会議で上記発表をした。内容としては、我々が開発したベクトル化モンテカルロコードについて、ソフトウェアの品質として重要な因子となる効率について新しいアルゴリズムとベクトル化手法について述べる。同時に並列化による高速化手法を紹介し従来法よりいずれも10倍以上の高速化を達成した例を示す。又品質に関する他の側面として、入力データの扱い易さを示す例として多重格子形状を開発した点を述べ、精度、信頼性評価のためのベンチマーク計算例を示す。汎用コードとして重要な因子である移植性を良くするための(様々な計算機環境に対応するための)我々が行った手法を示す。

論文

原子力工学におけるスーパコンピューティング

中川 正幸; 秋元 正幸

情報処理, 36(2), p.137 - 142, 1995/02

上記学会誌における特集「最先端の科学技術とスーパーコンピューティング」のための原子力工学分野について紹介したものである。内容としては原研におけるスーパーコンピューティングの現状をいくつかの例について紹介する。これには計算機資源と利用状況、核分裂と核融合炉の解析、原子炉の安全解析、知識化技術、計算科学等が含まれる。次にスーパーコンピュータを用いて高速高精度化に成功した一例として中性子、光子のモンテカルロコードの内容と評価をやや詳しく紹介する。最後にスーパーコンピューティングの新技術開発に果す役割について代表的な例を挙げて述べる。

報告書

原子力コードのベクトル化と改良,III: DGR、STREAM V3.1、Cella、GGR

根本 俊行; 江口 則地*; 渡辺 秀雄*; 町田 昌彦*; 横川 三津夫; 藤井 実

JAERI-Data/Code 94-021, 119 Pages, 1995/01

JAERI-Data-Code-94-021.pdf:3.08MB

日本原子力研究所・情報システムセンターは、平成5年度に原子力コードのベクトル化及び高速化のための改良を行った。ベクトル化及び高速化を行ったコードはダイヤモンド型結晶の放射線照射損傷をシミュレーションする分子動力学コードDGR、3次元非定常圧縮性流体用解析コードSTREAM V3.1、セルオートマトンを用いた2次元流体シミュレーションコードCella、及び黒鉛型結晶における放射線照射損傷をシミュレーションする分子動力学コードGGRである。ベクトル化による性能向上はVP2600でのスカラー実行と比較してDGRで8.2倍、STREAM V3.1で6.8~14.8倍、Cellaで15~16倍、そしてGGRでは1.23倍を得た。本報告書は、上記コードのベクトル化手法、ベクトル化効果、計算結果の評価、及びコードの改良方法などを記したものである。

報告書

原子力コードのベクトル化と改良,II; SPARKLE,DREAM,HERMES,RELAP5/MOD3

根本 俊行*; 江口 則地*; 渡辺 秀雄*; 横川 三津夫

JAERI-M 93-146, 81 Pages, 1993/07

JAERI-M-93-146.pdf:1.8MB

本報告書では、3次元熱流動解析コードSPARKLE、2次元ディスラプション熱解析コードDREAMのベクトル化、及び高エネルギー放射線輸送コードシステムHERMESのCRAY版から富士通版への変換、軽水炉安全解析コードRELAP5/MOD3のAE化について、その方法、計算結果の評価等について述べる。SPARKLE、及びDREAMのベクトル計算では、スカラ計算と比較して、それぞれ4.1~4.8倍、1.6倍の速度向上が得られた。

報告書

原子力コードのベクトル化と改良; MEUDAS4,FORCE,STREAM V2.6,HEATING7-VP,SCDAP/RELAP5/MOD2.5,NBI3DGFN

根本 俊行*; 鈴木 孝一郎*; 磯辺 信雄*; 町田 昌彦*; 長内 誠志*; 横川 三津夫

JAERI-M 92-142, 117 Pages, 1992/09

JAERI-M-92-142.pdf:2.45MB

本報告はトカマク平衡及び局所MHD安定性解析コードMEUDAS4(CR版、及びFFT版)、磁界解析コードFORCE、3次元熱流体解析コードSTREAM V2.6,自由電子レーザーコードのベクトル化、及び3次元熱解析コードHEATING7-VP,炉心燃料損傷コードSCDAP/RELAP5/MOD2.5、イオンビーム軌道計算コードNBI3DGFNの改良について述べる。オリジナル版のスカラモードに対するベクトル化版の速度向上は、MEUDAS4で2.3~4.9倍、STREAM V2.6で1.9~5.4倍、FORCEで2.6~6.2倍、自由電子レーザーコードで1.9倍が得られた。また、コードの改良では、HEATING7-VPに対し解析領域設定の機能強化、SCDAP/RELAP5/MOD2.5に対してAE化を行なった。

報告書

新FORTRANコンパイラの導入とベクトル計算機の効果的利用法

根本 俊行*; 鈴木 孝一郎*; 渡辺 健二*; 町田 昌彦*; 長内 誠志*; 磯辺 信雄*; 原田 裕夫; 横川 三津夫

JAERI-M 92-105, 209 Pages, 1992/07

JAERI-M-92-105.pdf:5.23MB

原研に設置されている富士通(株)製大型計算機上で動作するFORTRANコンパイラが平成4年5月から新バージョン(V12)に移行された。V12コンパイラの導入に先立って、代表的原子力コード16本のベンチマークテストを行い、V12コンパイラの性能を評価した。この結果、新コンパイラでは、旧コンパイラと比較して平均1.13倍の速度向上が得られた。また、V12コンパイラで新たに追加された機能の効果、原子力コードに対するコンパイラの互換性等を調査した。更に、新たな動的解析ツールANALYZERに対応したベクトル化支援ツールTOP10EXを開発した。本報告書では、新コンパイラの評価結果やTOP10EXの使用方法について述べる。

論文

Monte Carlo calculations on vector supercomputers using GMVP

中川 正幸; 森 貴正; 佐々木 誠*

Prog. Nucl. Energy, 24, p.183 - 193, 1991/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:36.87

中性子と$$gamma$$線の輸送計算をモンテカルロ法を用いて、高速に行うため新しいコードを開発した。これはベクトルスーパーコンピュータ用に作成したものであり、新しいアルゴリズムを考案して最適化を計った。コードは多群用のGMVPと連続エネルギー法を用いたMVPがある。共に固有値問題と外部線源問題を解く事ができ、幾何形状として多種類の組合わせ形状、及び格子形状が使用できる汎用コードである。コードの機能・性能を実証するため各種の問題を解いた。その結果従来のスカラーコードに比べGMVPは7~10倍の高速化を実現した。特に格子形状の採用は原子炉の炉心形状を極めて詳細にモデル化できる上に、一層の高速化が可能となった。これ等のコードの手法、性能、興味ある計算結果について発表する。

報告書

THYDE-P2 code; RCS(reactor-coolant system) analysis code

朝日 義郎; 平野 雅司; 佐藤 一男

JAERI 1300, 172 Pages, 1986/12

JAERI-1300.pdf:4.15MB

THYDE-P2の特徴は新熱水力回路網モデルである。THYDE-P2は、LB-LOCA(大破断冷却材喪失事故)を含むところの種々の外乱に対して、RCSがいかに挙動するかを解析することができる。LB-LOCA解析に於いては、THYDE-P2は、方法とモデルの変更なしに、再冠水終了までの一貫解析をすることができる。この報告書の前半では、THYDE-P2の方法とモデルに関して、次のことが記述してある。(1)熱水力回路網モデル(2)各種コンポーネントモデル(3)燃料中の熱源(4)熱伝達相関式(5)燃料と被覆管の機械的挙動、及び(6)定常設定。後半は、THYDE-P2(SV04L08A版)の使用手引書になっていて、次のことが記述してある。(1)プログラムコントロール(2)インプットデータの入力方法(3)THYDE-P2計算の実行方法(4)計算結果の出力方法と(5)特に熱水力回路網モデルの性能を実証するサンプル問題。

論文

Vectorization of the Monte Carlo program DICON

徳永 康男*; 栗田 豊*; 杉原 哲哉*; 一木 繁之*; 斎藤 誠次*

Comput.Phys.Commun., 38, p.15 - 26, 1985/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:52.16

複雑な構成を持つモンテカルロプログラムのベクトル化を行なった。本プログラムはトカマク型核融合炉のダイバータチェンバ内における中性粒子の挙動を解析する為のものである。FACOM VP-100によるプログラム実行速度はベクトル化により2倍以上改善された。これは複雑なモンテカルロプログラムとしては満足すべき結果である。本論分ではモンテカルロ計算に特有の問題である粒子数の減少を避ける為の方法を提案し解説を行なっている。

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