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論文

Acceleration of fusion plasma turbulence simulations using the mixed-precision communication-avoiding Krylov method

井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*

Proceedings of International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis (SC 2020) (Internet), p.1318 - 1330, 2020/11

5次元ジャイロ運動論モデルに基づく次世代核融合実験炉ITERのマルチスケールfull-$$f$$シミュレーションは核融合科学において最も計算コストが大きい問題の一つである。本研究では、新しい混合精度省通信クリロフ法を用いてジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dを高速化した。演算加速環境における大域的集団通信のボトルネックを省通信クリロフ法によって解決した。これに加えて、A64FXにおいて新たにサポートされたFP16SIMD演算を用いて設計された新しいFP16前処理により、反復(袖通信)の回数と計算コストの両方を削減した。富岳とSummitにおける1,440CPU/GPUを用いた1,000億格子のITER規模シミュレーションに対して、提案手法の処理性能は従来の非省通信クリロフ法に比べてそれぞれ2.8倍, 1.9倍高速化され、5,760CPU/GPUまで良好な強スケーリングを示した。

口頭

Computational challenges towards strong scaling gyrokinetic Eulerian codes at Exa-scale

井戸村 泰宏

no journal, , 

核融合プラズマ乱流を研究するために、ジャイロ運動論的5次元トロイダルfull-fオイラーコードGT5Dを開発した。京コンピュータにおいては、多次元/多階層領域分割や通信と計算の同時処理といったノード間並列技術を開発し、GT5Dの強スケーリングを73,728ノードまで向上した。しかしながら、運動論的電子や多種イオンを含む核燃焼プラズマへのGT5Dの拡張はより高い計算性能を必要とする。ポスト京重点課題では、GPUやMICといった次世代プラットフォームの計算技術を開発してきた。本講演ではメニーコアプロセッサにおけるノード内のメモリ階層構造や演算加速に比べて相対的に低いノード間通信性能といった計算機科学的な課題を議論する。

口頭

サブ課題D「核融合炉の炉心設計」の開発状況

井戸村 泰宏

no journal, , 

本講演ではポスト「京」重点課題6「革新的クリーンエネルギーの実用化」サブ課題D「核融合炉の炉心設計」の開発状況を概説する。本課題では応用数学、計算機科学、プラズマ理論、プラズマ実験の専門家から構成される学際的チームによって、(1)エクサスケール計算技術開発、(2)核燃焼プラズマの物理モデル拡張、(3)JT-60やLHDといった大型実験に対する開発コードのV&Vに取り組んできた。外部加熱に対するプラズマ乱流の過渡的応答や高エネルギー粒子駆動モードの間欠的バーストといったマルチ時間スケール現象を解析するための計算技術や物理モデルに焦点を当ててプロジェクトの前半2年間の成果を示すとともに、プロジェクト後半に向けた課題を議論する。

口頭

Computational nuclear engineering at JAEA and Post-K project

井戸村 泰宏

no journal, , 

本オーバービュー講演では、最初に、熱流動や環境動態に関する様々なCFDコード,放射線輸送コード,材料科学分野の量子計算,最新の機械学習アプリケーションを含む幅広いスペクトルの計算ニーズを包含する原子力機構の原子力計算工学研究について概説する。第二に、最先端の演算加速環境におけるエクサスケール原子力CFDコードの開発について述べる。第三に、ポスト京重点課題で開発しているエクサスケールプラズマコードや新しいデータ科学手法を紹介する。最後に、原子力計算工学分野におけるCEA-JAEA連携の現状を議論する。

口頭

Optimization of fusion plasma turbulence code GT5D on FUGAKU and SUMMIT

井戸村 泰宏; Ali, Y.*; 伊奈 拓也*; 今村 俊幸*

no journal, , 

クリロフ部分空間法に基づく差分陰解法はジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dの主要な計算コストを占める。ポスト京重点課題では、演算加速に比べてノード間通信性能が限定的なエクサスケール計算機向けに先進的な省通信クリロフ部分空間法を開発してきた。本研究では、FP16前処理を用いた混合精度省通信GMRESソルバを開発する。この前処理により、反復回数と袖通信が大幅に削減された。新しいソルバを富岳とSUMMITに移植し、既存のマルチコア/メニーコアプロセッサにおける従来のソルバに対する性能比較を行う。

口頭

Development of exascale full-f gyrokinetic simulation on Summit and FUGAKU

井戸村 泰宏

no journal, , 

ジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dはスティフな線形4次元移流演算子に陰解法時間積分が適用する半陰解法差分スキームに基づいており、高速な運動論的電子の陰解法差分ソルバが全体の80%以上の計算コストを占める。この陰解法ソルバは元々クリロフ部分空間法を用いて開発されたが、大域的集団通信と袖通信が最新の演算加速環境におけるボトルネックとなってきた。この課題を解決するために、新しい半精度前処理を用いて収束特性を向上し、反復回数と通信回数を一桁削減した。富岳で新たにサポートされた半精度SIMD演算を活用して半精度前処理を用いた省通信ソルバを開発し、これをSummitにも移植した。新しい省通信ソルバによって富岳とSummitの両方で大幅な性能向上を達成し、開発手法の性能移植性を示した。

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