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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

TITAN: 要素モンテカルロシミュレーション事故発生頻度解析プログラム

野村 靖; 玉置 等史; 金井 茂*

JAERI-Research 2000-020, p.116 - 0, 2000/04

JAERI-Research-2000-020.pdf:6.17MB

再処理施設のような複雑な機器構成からなるプラントシステムで、機器の故障が発生してから事故に至るまで比較的時間余裕のある状況では、その間の適切な運転員対応等によって事故発生を回避することができる。このような複雑な時間的要素を含む解析モデルに対して、柔軟に対応して事故発生頻度を求めることのできる要素モンテカルロ法シミュレーション解析プログラムTITANを開発した。本報告は、要素モンテカルロ法コードTITANに組込まれた事故発生頻度を求めるための基本的方法について述べ、ひな型モデルの解析を通してTITANの解析精度、解の収束状況、並列化による計算の高速化について記し、さらに、実規模のプラントモデルとしてドイツの再処理施設モデルにおけるレッドオイル爆発事故の解析結果を示した。また、TITANの使用手引書を付録につけた。

報告書

動的信頼性解析プログラムDYANAの改良

田村 一雄*; 入谷 佳一*

JNC-TJ9440 2000-004, 22 Pages, 2000/03

JNC-TJ9440-2000-004.pdf:2.35MB

確率論的安全評価において、事故シーケンスの発生頻度を求めるために、フォールトツリー/イベントツリー手法が広く使われている。しかし、従来の手法では、運転現場において実際に運転員が対峙している事象推移をダイナミックに取り扱うことができない。そこで、FBRを対象とした、緊急時運転手順操作とプラントの間のダイナミックな相互作用を扱う動的解析プログラム(DYANA)を作成した。これまでの開発の中で基本的な解析モデルは固まりつつあるが、計算時間の短縮が課題となっている。今回作業では計算時間を短縮するためにMPIを用いてDYANAの並列化を実施し、WSクラスタ上でほぼ理想値に近い並列化性能を実現した。

報告書

緊急時プラント過渡応答解析(2)

小山 和也*; 菱田 正彦*

JNC-TJ9440 2000-002, 90 Pages, 2000/03

JNC-TJ9440-2000-002.pdf:1.43MB

動的信頼性評価プログラムDYANAの開発に資するため、プラント動特性解析コードSuper-COPDを用いて、緊急時に想定される事故シーケンスの解析を行った。本作業では、昨年度作成の解析モデル及び入力データを使用して、DYANA整備に必要な事故シーケンスのうち昨年度未実施のPLOHS(Protected Loss of Heat Sink)シーケンス9ケースについて、入力データ作成及び解析を行い、その結果を整理した。

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。

報告書

第一原理分子動力学法プログラムの並列化

渡部 弘*; 小林 一昭*; 新井 正男*

JAERI-Data/Code 2000-019, p.33 - 0, 2000/03

JAERI-Data-Code-2000-019.pdf:1.54MB

第一原理分子動力学法プログラムの並列化について報告する。並列化したプログラムは2本である。1つは伝統的な第一原理分子動力学法プログラム、もう1つは、近年、高速化という観点から注目されている実空間分子動力学法プログラムである。ターゲットマシンはSX-4であり、並列化手法としては共有メモリ型並列化手法を採用した。並列化の結果、第一原理分子動力学法プログラムで3.7倍の高速化を、実空間分子動力学法プログラムで3.9倍の高速化を達成した。

論文

Meta-scheduling for a cluster of supercomputers

小出 洋; 平山 俊雄; 村杉 明夫*; 林 拓也*; 笠原 博徳*

Int. Conf. on Supercomputing,Workshop 1;Scheduling Algorithms for Parallel-Distributed Computing, p.63 - 69, 1999/00

メタスケジューリング手法の目的は、異機種並列計算機クラスタを使用した、ひとつの科学計算プログラムの計算時間の最小化である。メタスケジューリング手法では、逐次プログラムから、サブルーチンやループ等のマクロタスクを生成するため、OSCARマルチグレイン並列化コンパイラを使用する。資源情報サーバから得られる異機種並列計算機クラスタの負荷に関する情報とコンパイル時に得られるマクロタスクの予測処理時間を使用し、マクロタスクを異機種並列計算機クラスタに動的スケジューリングする。COMPACSのDNYX,SX-4,SR2201,SR2201小型モデル上で、トカマク・プラズマの電場/粒子連成シミュレーションに、メタスケジューリングを適用し、性能評価を行った結果、SX-4の負荷が高いとき、マクロタスクは、SR2201,SR2201小型モデルに自動的に分散され、SX-4一台で計算を行った場合よりも22.7%計算時間が短縮された。

論文

Chain structure of liquid and amorphous selenium: tight-binding molecular-dynamics simulation

清水 大志; 蕪木 英雄; 小田 竜樹*; 樋渡 保秋*

Journal of Non-Crystalline Solids, 250-252(2), p.433 - 436, 1999/00

液体及びアモルファスセレンの微視的構造を調べるためにタイトバインディング分子動力学法シミュレーションを行った。プログラムを並列化し、並列計算機HITACHI SR2201を用いて、512粒子の系について数十万ステップのシミュレーションを実行して得られた動径分布関数は、実験と一致している。2面体の分布は0度と100度にピークを持ち、30度で最小となったが、これは、これまでに行われたタイトバインディングモンテカルロ法シミュレーションや、第1原理分子動力学法シミュレーションによる結果と異なっている。

報告書

プログラム並列化支援解析ツールkpx,2

渡部 弘*; 折居 茂夫*; 熊倉 利昌*; 滝川 好夫*

JAERI-Data/Code 98-016, 32 Pages, 1998/03

JAERI-Data-Code-98-016.pdf:2.17MB

kpxは並列処理推進のための共通基盤として開発されたプログラム並列化支援解析ツールである。kpxはプログラムの実行時間及び実行回数を計測するktool,並列化オーバーヘッドを計測するptool,xtool,mtool,vtool及びktool用ポストプロセッサkviewから構成される。現状でParagon,SP2,SR2201,VPP500,VPP300,Monte-4,SX-4,T94において動作が確認されている。

報告書

酸性雨予測計算コードSTEM2の並列化

北端 秀行*; 土浦 宏紀*; 植田 洋匡*; 相川 裕史

JAERI-Data/Code 98-015, 34 Pages, 1998/03

JAERI-Data-Code-98-015.pdf:1.47MB

酸性雨影響予測計算コードSTEM2に対し、スカラ並列計算機SP2とベクトル並列計算機VPP30のタイプの違う2機種の計算機を用いて並列化を行った。その結果、スカラマシンのSP2における34並列で13.7倍、ベクトルマシンVPP300の12並列で24.2倍の高速化を実現するとができた。STEM2は、有害な一次汚染物質である、NO$$_{x}$$,SO$$_{x}$$からラジカルな光化学オキシダントにいたるまで、大気中に存在するほとんどすべての大気汚染物質を含んでおり、複雑な化学反応過程をモデルの中に組み込んでいるのが最大の特徴である。本報告書ではこの酸性雨予測計算コードSTEM2に対して行ったベクトル・並列化の方法とそれによる性能向上について報告する。

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

量子分子動力学シミュレーションコードの並列化

加藤 香*; 功刀 資彰; 芝原 正彦*; 小竹 進*

JAERI-Research 98-008, 25 Pages, 1998/02

JAERI-Research-98-008.pdf:1.32MB

日本原子力研究所関西研究所では、物質における光熱変換機構を解析するために量子分子動力学コードを開発している。このコードをスカラー型超並列計算機Intel Paragon XP/S75とベクトル型並列計算機Fujitsu VPP300/12上で並列化した。粒子群を分割し各プロセッサユニットへ割り付けることにより、台数分の効果を両並列計算機で得た。スカラー型超並列計算機Intel Paragon XP/Sでは、各粒子の計算を構成する演算の分割を粒子群の分割に加えて行うことにより、量子分子動力学コードの高並列化を達成した。

論文

異機種並列分散コンピューティングのためのメタ・スケジューリングの構想

小出 洋; 武宮 博*; 今村 俊幸; 太田 浩史*; 川崎 琢治*; 樋口 健二; 笠原 博徳*; 相川 裕史

情報処理学会第56回(平成10年前期)全国大会講演論文集, p.3_613 - 3_614, 1998/00

異機種並列計算機をネットワークで接続した並列分散環境において、ネットワークや計算機の負荷など並列分散環境の動的な変化を考慮して処理を自動的に分配するメタ・スケジューリングの枠組を提案する。本メタ・スケジューリング方式では、ユーザあるいはコンパイラが生成した並列分散プログラムの中に挿入されているスケジューリングルーチンが計算機やネットワーク資源の各種情報を使用して、計算時間が最小化するように自動的に負荷分散を行う。

論文

高速計算に内在する4つの呪い

淺井 清; 武宮 博*

計算科学, p.94 - 104, 1998/00

並列科学技術計算にかかわる4種類の制約と、それらを緩和するための取り組みについて述べる。並列処理技術の普及を困難なものとしている要因として、Amdahlの呪い、Tofflerの呪い、Scalabilityの呪い、及びMooreの呪いという4種類の制約が存在する。これらの制約を完全に解決することは不可能であり、緩和することのみが可能である。これら4種類の制約の緩和について、日本原子力研究所計算科学技術推進センターの取り組みを中心に述べる。

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。

論文

第一原理電子状態計算プログラムの並列化

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。

報告書

第一原理電子状態計算プログラムの並列化

渡部 弘*; 小口 多美夫*

JAERI-Data/Code 97-009, 30 Pages, 1997/03

JAERI-Data-Code-97-009.pdf:1.05MB

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。

論文

複合並列計算機におけるADETRAN4処理系の実装について

今村 俊幸

情報処理学会研究報告, 96(81), p.13 - 18, 1996/08

当研究所は様々なアーキテクチャの並列計算機を所有し、その有効な活用を行おうとしている。しかし現実的には異なる並列機間でのプログラムが共有できないという問題があり、ユーザは機械個々の事情(アーキテクチャ、言語仕様)を修得しなければ十分な計算が行えない。その問題を解決する一方法として機械間で共通に使用できる言語の開発があげられる。HPFやADETRAN4など多くの言語が提唱されている。本研究ではADETRAN4を当センターの複合並列計算機に実装し、利用する機械ごとの言語を意識せずに一つのプログラムで複数の機械が利用できるような環境の実現を目標とする。研究の骨子としては、コンパイラがそれぞれの機械にネイティブな言語を生成する際に実行時最適なプログラムを如何に構成するかという戦略ならびに評価方法が中心となる。

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

並列計算機における等方乱流数値シミュレーション・コードの並列化

松山 雄次*

計算工学講演会論文集, 1(1), p.113 - 116, 1996/05

1台のCPUの高速化が限界に近づきつつある今日、より高度な演算性能を得るには、複数のCPUで並列処理を行うのが、現在一般に最も有効とされている方法である。本論文では代表的な並列計算機として、スカラ・プロセッサを採用した分散主記憶型並列システムParagon XP/S、ベクトル・プロセッサを採用した分散主記憶並列システムVPP500、同じくベクトル・プロセッサを採用した共有主記憶型マルチプロセッサ・システムMonte-4を選択した。各システムのアーキテクチャは全く異なり、並列化手段も異なっている。並列化コードとして等方乱流数値シミュレーション・コードを用い、各システムにおけるFortranパラダイムとネットワーク通信の比較等を踏まえたシステムの使用環境、FFTルーチンの並列化手法と並列最適化プログラム開発工数等、および自動並列化の機能とその結果について記述する。

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