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論文

共有分散メモリ型並列計算機における新規通信手法

山田 進; 今村 俊幸*; 町田 昌彦; 荒川 忠一*

日本計算工学会論文集, 7, p.243 - 252, 2005/05

ほとんどすべての並列計算機では、データの通信にMPIライブラリを使用する。このMPIには通信処理と演算処理を同時に実行し、通信時間を隠蔽することができる通信命令が用意されている。しかしながら、実際に2つの処理が同時に実行できるかどうかは、計算機のハードウエアの機能やMPIの実装方法に依存しており、多くの計算機で同時に実行することが不可能である。そこで、本研究では共有分散メモリ型並列計算機のノード内並列機能とMPIを組合せて通信処理と演算処理を同時に行う方法を提案した。この方法は単純なプログラムの修正で実現できる。サンプルプログラムに提案方法を適用し、地球シミュレータ,日立SR8000,Compaq AlphaServer上で実行したところ、実際に通信と演算を同時に実行することが確認でき、最大で約1.8倍の高速化が実現できた。また、通信量の多い物理問題(ハミルトニアン行列の対角化)に適用し、地球シミュレータで実行したところ、約1.6倍の高速化が達成できた。

論文

日本原子力研究所Origin3800システムにおける大規模核融合プラズマシミュレーション及びストレージグリッドの開発

井戸村 泰宏; 足立 将晶*; 五來 一夫; 鈴木 喜雄; Wang, X.*

プラズマ・核融合学会誌, 79(2), p.172 - 187, 2003/02

これまで数値トカマク実験(NEXT)研究計画の下でさまざまな流体コード,粒子コード、あるいは、ハイブリッドコードが開発されてきた。これらのコードには高性能プロセッサー,高速ストレージシステム、及び、高速並列可視化システムから構成されるシミュレーション環境が必要とされる。本論文では、こういった観点から原研Origin3800システムの性能を検証した。性能評価においては、代表的な粒子コードと流体コードは512プロセッサーを用いた並列計算で$$14sim 40$$%という実効性能が示された。I/OについてはStorage Area Network (SAN)による高速並列データ転送が実現している。並列可視化処理システムに関しては、以前のワークステーションに比べて飛躍的に高速な大規模データの可視化処理が可能になっている。このように原研Origin3800システムでは非常に先進的なシミュレーション環境が実現している。また、最近では遠隔ユーザの利便性を向上するためにストレージグリッドの開発を進めている。ストレージグリッドはSANと波長分割多重伝送装置(WDM)の組み合わせにより構成される。初期テストにより、ストレージグリッドでは従来のデータ転送手法と比較して飛躍的に高速なデータ転送($$sim 100$$Gbps)が広域ネットワークを経由して可能であることが示された。

論文

並列数値計算ライブラリ(PARCEL)のベクトル並列機への拡張,1; 高速フーリエ変換

萩原 一郎*; Li, W.*; 仲田 晋*; 山田 進

計算工学講演会論文集, 61(1), p.205 - 208, 2001/05

日本原子力研究所では並列計算機用数値計算ライブラリPARCEL(Parallel Computing Elements)を開発、提供している。PARCELは連立一次方程式,固有値問題,擬似一様乱数及び高速フーリエ変換(FFT)のルーチンで構成されている。PARCELは基本的に分散メモリ型スカラ並列計算機を前提として開発されたものであり、近年の大規模科学技術計算で利用されているベクトル並列計算機上での性能は十分でないことが考えられる。そこで、本研究ではPARCELの数値計算プログラムのうちFFTについて、使用する計算機のアーキテクチャの性能を十分に活用するための改善を行い、ベクトル並列計算機上で高速に計算するためのルーチンを開発した。また、ベクトル並列計算機VPP300及びSX-4を用いた性能評価から実際に高速化することを確認した。

論文

緊急時放射能放出源推定システムの広域分散計算環境への実装とその実時間可視化

村松 一弘; 今村 俊幸; 北端 秀行; 金子 勇; 武宮 博*; 長谷川 幸弘*; 山岸 信寛*; 平山 俊雄

計算工学講演会論文集, 6(1), p.241 - 244, 2001/05

インターネットなどのネットワークで接続された複数の計算機資源を高性能な仮想並列計算機とみなし、この広域分散計算機環境上で大規模な科学技術計算を実行しようという試みが考えられる。いわゆるメタコンピューティング実験である。筆者らはこの考えにもとづき、広域分散計算環境上に緊急時放射能放出源推定システムを実装して、その計算結果で実時間で可視化し、ユーザのPC上で表示するシステムを開発した。これにより、ユーザは放射能漏れ事故における放射能放出源計算の評価及び推定が短時間で可能になり、本システムの開発はリスク・マネージメントに対する貢献が大きいと考えられる。本論文では、このシステムの構成及びアメリカで開催されたSC2000における実験について報告する。

論文

地球シミュレータ計画

谷 啓二

日本数値流体力学会誌, 9(1), p.17 - 29, 2000/10

科学技術庁は、プロセス(基礎科学)研究、観測、計算機シミュレーションの三位一体で地球環境変動予測研究を推進するプロジェクトを平成9年度より推進している。その一環として、大気大循環シミュレーションで実効性能5TFLOPS(ピーク性能40TFLOPS)の超高速並列計算機「地球シミュレータ」を開発中である。この地球シミュレータ開発の必要性、応用のターゲット、そのために求められる計算機としての要件、ハードウェア、基本ソフトウェア、応用ソフトウェアの各概要、開発スケジュール、さらには、世界の高性能計算機開発計画における位置づけなどについて解説する。

論文

Development of unstructured mesh generator on parallel computers

村松 一弘; 島田 昭男*; 村上 弘幸*; 東田 明宏*; 若月 滋人*

Proceedings of 4th International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2000) (CD-ROM), 10 Pages, 2000/09

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で、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法により四面体要素を生成する。この節点発生及び要素生成は、領域分割に基づいた並列処理により、高速に処理することができる。実際にHITACHI SR2201の64PEを用いて、正三角形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高速に生成できる。またシェル構造、リンク、トンマーの複雑な形状に対して、質の良い格子を生成できることが確認されている。

論文

Parallel real-time visualization system for large-scale simulation; Application to WSPEEDI

村松 一弘; 大谷 孝之; 北端 秀行; 松本 秀樹*; 武井 利文*; 土肥 俊*

Proceedings of 4th International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2000) (CD-ROM), 10 Pages, 2000/09

並列計算機上で動作する、大規模シミュレーションのための実時間可視化システムを開発してきた。本システムは、PATRASに名付けられ、構造格子にも非構造格子にも適用することができる。それゆえ、流体解析や有限要素法を用いた構造解析の実時間可視化が可能である。ここで実時間可視化とは、計算の実行途中でその計算結果を可視化するトラッキングと、計算の途中で解析や可視化のためのパラメータを変更するステアリングを意味する。またGUIはJavaアプレットで構築されているため、インターネット環境下での利用が可能である。本システムの適用事例として、緊急時における放射能放出源推定システムWSPEEDIへの適用が取り上げられる。

論文

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。

論文

異機種並列計算機クラスタ間通信ライブラリStampi

今村 俊幸; 小出 洋; 辻田 祐一; 武宮 博*

並列処理シンポジウム(JSPP2000)論文集, P. 168, 2000/00

多種多様な計算機をネットワーク上で連携させて、同時に計算を行うための通信ライブラリStampiを開発した。StampiはMPIに基づき、既存のMPIプログラムを修正することなく複数の計算機上で実行できる。またほかに通信機構の自動選択、間接通信、動的プロセス管理、データフォーマット自動変換、Stampi/Java,MPI-IO等を実現しており、利用者は複雑な内部機構を意識することなく複数の並列計算機を効率的に利用できる。また、応用事例として(1)航空機の翼と流れの連成計算、(2)分子軌道計算、(3)粒子-流体ハイブリッドプラズマ計算等がなされている。

論文

An Architecture of Stampi: MPI library on a cluster of parallel computers

今村 俊幸; 辻田 祐一; 小出 洋; 武宮 博*

Lecture Notes in Computer Science 1908, p.200 - 207, 2000/00

各種並列計算機を接続したヘテロジニアスな計算環境において、MPIによる統一的なネットワークインターフェイスを実現するライブラリStampiについて報告する。StampiはMPI2仕様のサブセットに基づく、各種の機能を提供する。特に、複数計算機にまたがる動的なプロセス生成機能は従来開発されてきた単一計算機上での並列アプリケーションの分散化を容易にするばかりでなく、複数の並列計算機要素を組み合わせあたかも一つの計算機を利用可能な環境を提供する。本発表では、Stampiのソフトウェアアーキテクチャを紹介するとともに、その特徴であるメッセージルータ、動的プロセス生成、リモートIO、Stampi/Javaの実装方法並びに性能を示している。実験からStampiの性能は、短メッセージ通信においてオーバヘッドの影響からTCPの半分程度の性能となるが、長メッセージ通信においては95%を記録することがわかった。このことから、実アプリケーションにおいて十分実用的であることが示された。

論文

Outline of the earth simulator project

谷 啓二; 松岡 浩; 横川 三津夫; 新宮 哲*; 北脇 重宗*; 三好 甫

Proceedings of 4th International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2000) (CD-ROM), 8 Pages, 2000/00

科学技術庁が推進している地球環境変動予測研究計画の一環として、大気大循環シミュレーション分野の現用計算機の1000倍の実効速度を持つ超高速計算機「地球シミュレータ」の開発を宇宙開発事業団と海洋科学技術センターと協力して進めている。そのハードウェア、基本ソフトウェア、応用ソフトウェア開発の現状及びサイト整備の状況について発表する。

報告書

地層処分バーチャルエンジニアリングシステムの概念設計(研究委託内容報告書)

篠原 芳紀*; 柳澤 一郎*

JNC-TJ1400 99-044, 349 Pages, 1999/06

JNC-TJ1400-99-044.pdf:13.24MB

地層処分ヴァーチャル・エンジニアリング・システムは高度数値シュミレーション技術を基にコンピュータグラフィックス技術、高速並列計算技術、高度ネットワーク技術、知識工学、データベース技術等の計算機科学技術を自在に応用し、自然環境、及び一部社会環境をヴァーチャルに計算機空間中に構築し、いわば処分OSを実現することを最終目標とする。進め方の方針は、JNC殿での2000年レポート取り纏め後の高レベル処分R&Dの受け皿とし、2000年以降、処分場の設計・許認可申請段階までの各種評価を迅速に行う意思決定基盤を整備することである。H10年度は上記のシステムを実現するための概念設計を行った。まず、処分スケジュールに関連した実施主体が行う作業を分析し、それに則して本ヴァーチャルエンジニアリングシステムに必要と考えられる機能をまとめた。機能としては、安全評価、個別現象解析、処分場設計、経済性評価、サイト特性評価、技術開発、広報活動(PA)である。次にこれらの機能を実現する個別のシステム(地質データベース、地下水データベース、安全評価システム、複合現象解析システム、判断支援システム、経済性評価システム、広報活動システム等)を統合化する方法について検討した。またシュミレータの統合概念について、CAPASAプログラムの観点から検討を行った。さらに、システムを実現するための要素技術として、計算の高速化のための並列計算機及びネットワーク技術、CG表示のための各種要件及び標準化要件を検討した。この検討結果を基に、H11年度以降、処分場の設計・許認可申請段階までの課題と計画の概念を策定した。

報告書

地層処分バーチャルエンジニアリングシステムの概念設計(研究概要)

篠原 芳紀*; 柳澤 一郎*

JNC-TJ1400 99-043, 101 Pages, 1999/06

JNC-TJ1400-99-043.pdf:3.56MB

地層処分ヴァーチャル・エンジニアリング・システムは高度数値シュミレーション技術を基にコンピュータグラフィックス技術、高速並列計算技術、高度ネットワーク技術、知識工学、データベース技術等の計算機科学技術を自在に応用し、自然環境、及び一部社会環境をヴァーチャルに計算機空間中に構築し、いわば処分OSを実現することを最終日標とする。進め方の方針は、JNC殿での2000年レポート取り纏め後の高レベル処分R&Dの受け皿とし、2000年以降、処分場の設計・許認可申請段階までの各種評価を迅速に行う意思決定基盤を整備することである。H10年度は上記のシステムを実現するための概念設計を行った。まず、処分スケジュールに関連した実施主体が行う作業を分析し、それに則して本ヴァーチャルエンジニアリングシステムに必要と考えられる機能をまとめた。機能としては、安全評価、個別現象解析、処分場設計、経済性評価、サイト特性評価、技術閉発、広報活動(PA)である。次にこれらの機能を実現する個別のシステム(地質データベース、地下水データベース、安全評価システム、複合現象解析システム、判断支援システム、経済性評価システム、広報活動システム等)を統合化する方法について検討した。またシュミレータの統合概念について、CAPASAプログラムの観点から検討を行った。さらに、システムを実現するための要素技術として、計算の高速化のための並列計算機及びネットワーク技術、CG表示のための各種要件及び標準化要件を検討した。この検討結果を基に、H11年度以降、処分場の設計・許認可申請段階までの課題と計画の概念を策定した。

論文

プラズマ粒子コードのためのベクトル並列計算法

折居 茂夫*

プラズマ・核融合学会誌, 75(6), p.704 - 716, 1999/06

プラズマ粒子コードのための、ベクトル並列計算法を示す。この計算法は、並列処理において、性能と問題の大きさに対してスケーラブルである。特にベクトル並列計算機で問題となっていた、問題の大きさに対するスケーラビリティを、性能を損なうことなく、むしろ向上する方向で解決した。この計算法の性能に対するスケーラビリティをVPP300とSX-4で確認したので、これを示す。また、VPP300、SX-4及びSP2の性能評価から、プラズマ粒子コードの性能のボトルネックは、データのロード・ストアであり、従来のFlop/s値の評価のみでは、性能評価としては不十分であることがわかった。

論文

トカマクプラズマ計算(NEXT)における異機種並列計算機を結合したハイブリッドコンピューティング

今村 俊幸; 小出 洋; 徳田 伸二; 武宮 博

計算工学講演会論文集, 4(1), p.313 - 316, 1999/05

トカマクプラズマの計算機シミュレーションにおいて、粒子モデルと流体モデルの欠点を補う意味で電磁流体中をイオン粒子が運動する粒子-流体ハイブリッドモデルが考案されている。本モデルは、イオン粒子と電磁流体の独立した計算部分に分けられるとともに各計算部分はそれぞれスカラ,ベクトル計算機上で優れた性能を示す。また高密度プラズマ実現のため大容量メモリが要請される。本報告では、このようなモデルの計算特性とシステムに対する要請に合わせ、粒子部分をスカラ型並列計算機(SR2201)に、流体部分をベクトル計算機(VPP300)に割り当てて相互にデータ交換を行いながら1つの計算を行うハイブリッドコンピューティングの結果を報告する。

報告書

緊急時における放射能放出源推定システムの開発

北端 秀行*; 茅野 政道

JAERI-Data/Code 99-012, 47 Pages, 1999/03

JAERI-Data-Code-99-012.pdf:2.82MB

国内のモニタリングポストの複数で異常を検出し、国内のサイトから事故の通報がないような場合には、国外からの放射能の流入が考えられる。このような緊急時に備え、モニタリングと拡散計算から、ブラックボックスである放出地点や放出量を、精度良く、かつ迅速に推定できる新たな手法の開発を行った。この方法は、従来的な逆流跡線解析手法ではなく、想定される複数の放出条件(放出地点、放出開始時間、放出継続時間)の組合せについて、実際に並列計算機で拡散計算を実行する。そしてその結果から、観測値と統計解析によって最も一致度の高い放出条件を推定するというものである。なお、本システムは原研の世界版緊急時線量予測システムWSPEEDIをベースに開発を行った。

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

並列計算機を利用した実時間可視化システム

村松 一弘; 松本 秀樹*; 武井 利文*; 土肥 俊*

情報処理学会第58回 (平成11年前期)全国大会講演論文集, p.1_405 - 1_406, 1999/00

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。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。なおポスター講演では、会場のパソコンと当センターの複合並列計算機をネットワークで接続して、並列流体解析コードを利用したデモンストレーションを行う。

論文

地球シミュレータ用性能評価システムの開発

横川 三津夫; 新宮 哲*; 萩原 孝*; 磯部 洋子*; 高橋 正樹*; 河合 伸一*; 谷 啓二; 三好 甫*

情報処理学会研究報告, 99(21), p.55 - 60, 1999/00

地球シミュレータは、640台の計算ノードをクロスバネットワークで結合した分散メモリ型並列計算機である。それぞれの計算ノードは、16GBの主記憶装置を8個のベクトル計算機で共有しており、全体のピーク性能は40Tflop/s、主記憶容量は10TBである。地球シミュレータによるプログラムの実効性能を推定するため、地球シミュレータとそれに類似の計算機の動作をシミュレートできるソフトウェアシミュレータ(GSSS)を開発した。いくつかの基本的なプログラムを実行した処理時間について、実測値と推定値を比較した結果、平均で約1%の相対誤差が得られた。また、地球シミュレータの単体プロセッサによる基本的なプログラムの実効速度を推定した結果、平均で4.18Gflop/sが得られた。

論文

Basic design of the earth simulator

横川 三津夫; 幅田 伸一*; 河合 伸一*; 伊藤 寛行*; 谷 啓二; 三好 甫*

Lecture Notes in Computer Science, 1615, p.269 - 280, 1999/00

地球シミュレータ研究開発が1997年に開始された。現在までに基本設計が終了している。基本設計の結果、地球シミュレータは、640台の計算ノードをクロスバスイッチで結合した分散メモリ型並列計算機である。各計算ノードは8台のベクトルプロセッサが共有メモリと結合されている。全体のピーク性能は40テラフロップス、総メモリ容量は10TBである。本稿では、地球シミュレータの概念、基本設計の結果について述べる。

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