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報告書

令和2年度計算科学技術研究実績評価報告

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2021-001, 66 Pages, 2021/11

JAEA-Evaluation-2021-001.pdf:1.66MB

システム計算科学センターでは、「国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の中長期目標を達成するための計画(中長期計画)」に基づき、原子力分野における計算科学技術研究に関する研究開発を実施してきた。なお、計算科学技術研究については、新たに設置された計算科学技術研究・評価委員会(以下「委員会」という。)により課題の詳細な内容等が評価された。本報告は、システム計算科学センターにおいて実施された計算科学技術研究の、令和2年度における業務の実績、第3期中長期目標期間終了時に見込まれる業務実績、及び、それらに対する委員会による評価をとりまとめたものである。

報告書

令和元年度計算科学技術研究実績評価報告

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2020-002, 37 Pages, 2020/12

JAEA-Evaluation-2020-002.pdf:1.59MB

システム計算科学センターにおいては、「国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の中長期目標を達成するための計画(中長期計画)」に基づき、原子力分野における計算科学技術研究に関する研究開発を実施してきた。本研究開発は原子力基礎基盤研究のうちの1分野として位置づけられていることから、原子力基礎工学研究・評価委員会による助言と評価がなされるが、計算科学技術研究については、それを支援するために原子力基礎工学研究・評価委員会の下に計算科学技術研究専門部会が設置され、課題の詳細な内容等を評価することとなった。本報告は、令和元年度にシステム計算科学センターにおいて実施された計算科学技術研究の実績と、それに対する計算科学技術研究専門部会による評価をとりまとめたものである。

論文

PHITSの医学物理学分野への応用,2; 並列計算による高速化

古田 琢哉; 佐藤 達彦

医学物理, 35(3), p.264 - 268, 2015/00

近年の目覚ましいコンピュータ計算処理性能の向上により、放射線治療のためのモンテカルロ法による線量計算等が現実的な時間で実行できるようになった。しかし、最近のコンピュータの発展はマルチコアプロセッサーの開発によるものであり、これを搭載したコンピュータの性能を最大限に活かし、ソフトウェアを高速に動作させるためには、並列化が鍵となる。PHITSはMPIを利用した分散メモリ型並列計算とOpenMP指示文を利用した共有メモリ型並列計算の二つの機能を含んでおり、ユーザーは目的に合わせてこれらの二つの並列機能を使い分けることができる。本解説では、この二つの並列機能について、利点や欠点を含めて説明する。また、種々の放射線を水ファントムに入射させる計算を典型的なマルチコアプロセッサー搭載の高性能ワークステーションで行った計算時間等を示すことでPHITSの並列計算の性能を示す。

論文

没入型VR装置における並列ボリュームレンダリング

中島 憲宏; 大野 暢亮*; 鈴木 喜雄*; 呉田 昌俊*

電気学会論文誌,C, 124(10), p.2197 - 2198, 2004/10

没入型VR装置でボリュームレンダリングを行う場合、テクスチャマッピングを利用すると簡易に実行できるが、特に視点がデータに近い場合、描画速度に問題がある。われわれは、テクスチャを利用しなくとも、2つの高速化アルゴリズムの併用とその並列化により、高速なボリュームレンダリングが没入型VR装置で実現できることを示した。本開発により、ボリュームレンダリングによるデータ全体の把握を、没入型VR装置でも高速に行うことが可能となった。

報告書

第4回創造的研究のための大規模データマネージメントシンポジウム論文集; 2002年9月2日-4日,光量子科学研究センター,京都

上島 豊

JAERI-Conf 2004-003, 62 Pages, 2004/03

JAERI-Conf-2004-003.pdf:6.14MB

本報告書は、2002年9月2日から4日の3日間、京都の関西研究所光量子科学研究センターで開催された第4回創造的研究のための大規模データマネージメントシンポジウムの論文10本をまとめたものである。本シンポジウムは、民間及び公的研究機関の研究者及びその関係者が大規模データ処理や可視化を伴う実験や研究及びその基盤を支えるネットワークなどの大規模データマネージメントに関する最新の研究、技術について報告し、情報交流を行うことを目的としている。本シンポジウムの構成は、講演及びパネルディスカッション、実験室・スーパーコンピュータ施設見学、併設科学館であるきっづ光科学館ふぉとん見学とした。民間から7件、大学・研究機関から10件の合計17件の講演があり、参加者は、所外からの参加者95名を含む合計117名の参加があった。本シンポジウムは、計算科学及び光量子シミュレーション及び実験研究において重要である大規模データマネージメント技術の現状及び展望を示し、今後の研究指針を立てるうえで貴重な場となった。

報告書

大規模データマネージメント関連会議合同論文集; 2003年1月29日-31日,光量子科学研究センター,京都

光量子科学研究センター; 計算科学技術推進センター

JAERI-Conf 2004-002, 81 Pages, 2004/03

JAERI-Conf-2004-002.pdf:7.77MB

この大規模データマネージメント関連会議の合同論文集は、14本の大規模データマネージメント関連の論文からなっている。これらは、2003年1月29日から30日の2日間開かれたITBL環境下での大規模データマネージメントに関するオープンワークショップと2003年1月31日に開かれた大規模シミュレーションを使った光量子物質相互作用研究会の論文をまとめたものである。

論文

Global gyrokinetic simulation of ion temperature gradient driven turbulence in plasmas using a canonical Maxwellian distribution

井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明

Nuclear Fusion, 43(4), p.234 - 243, 2003/04

 被引用回数:112 パーセンタイル:95.35(Physics, Fluids & Plasmas)

ジャイロ運動論的トロイダル粒子コードGT3Dを開発した。GT3Dでは、軸対称トロイダル系における運動の恒量により定義される正準マックスウェル分布に基づく手法,高$$(m,n)$$モードのグローバル解析を可能にする準バルーニング展開、あるいは、粒子,エネルギーなどの保存則を改善する最適化粒子配分法といった新しい手法が実装されており、実装置パラメータにおける高精度のプラズマ乱流シミュレーションが可能になっている。本コードを大型トカマク$$(a/rho_i=320sim460)$$におけるITG(イオン温度勾配駆動)モードの解析に適用し、反転磁気シア配位は$$q_{min}$$領域におけるITGモードの実質的な安定化に寄与することを明らかにした。また、GT3Dでは正準マックスウェル分布を用いた実装により、軸対称モード、特に、乱流抑制に寄与する乱流駆動$$Etimes B$$帯状流の応答が正しく表現されている事を確認し、従来の局所マックスウェル分布を用いた乱流シミュレーションにおける重要な問題点を明らかにした。

論文

TME: A Distributed resource handling tool

今村 俊幸; 長谷川 幸弘*; 山岸 信寛*; 武宮 博*

Recent Advances in Computational Science & Engineering, p.789 - 792, 2002/00

TME(Task Mapping Editor)は分散する計算機上の資源制御と、分散アプリケーションの設計を支援するために開発された。TMEはJFCを基盤としたGUIツールであり過般性に富んだシステムである。利用者はPC上にインストールされたブラウザーから分散アプリケーションの設計ならびに実行が可能である。TMEのGUI上では、AVSのネットワークモニターに代表されるようなドローソフトと同様の感覚で分散アプリケーションのワークフローを設計する。全ての資源はアイコンとして表現され、その依存関係が矢印によって表現されるため、結果的にアプリケーションの設計図が直感的に理解しやすくなる。TMEは設計のほかに、デザインされたアプリケーションの実行も同時に支援する。実行の過程も設計時と同じワークフローによってリアルタイムにその状態が表示されるため、デバック,ボトルネックの検出などに利用できる。なおTMEは可視化コンポーネントのようなユーザー定義のアプレットを内部に取り込む仕組みを有するため、利用者は自由にその環境を再構成することができる。このため利用者に柔軟性及び拡張性を提供するツールといえる。本論文では、著者らはTMEの基本の概念そして設計を示すとともに、globus toolkitとTMEの比較ならびに相互運用の可能性について述べる。さらに、TMEの適用例として3例のユーザーアプリケーションを紹介する。

報告書

並列プログラム開発環境PPDEの利用手引き, 第2版

上野 浩一*; 太田 浩史*; 武宮 博*; 今村 俊幸; 小出 洋; 松田 勝之*; 樋口 健二; 平山 俊雄

JAERI-Data/Code 2000-023, p.287 - 0, 2000/03

JAERI-Data-Code-2000-023.pdf:34.96MB

計算科学技術推進センターでは、並列処理にかかわる共通基盤技術の研究開発の一環として、並列プログラムにおける途切れのない思考を支援するSTA基本システム(Seamless Thinking Aid)の機能拡張を行った。今回の拡張では、STA基本システムの中核である並列プログラム開発環境PPDE(Parallel Program Development Environment)に以下の機能を追加した。(1)メイクファイルと実行シェルスクリプトファイルの自動生成、(2)1つのツール実行操作で全対象計算機のツールを同時に実行させるマルチツール実行機能、(3)ツール実行結果(エディタであればソースコードやデータの編集結果)を全対象計算機に同時に反映させるミラー構成。これらの追加機能により、複数の計算機を対象にプログラム開発を進める場合の作業効率を飛躍的に高めることが可能となっている。また、逐次プログラムから並列プログラムを作成する作業一連の効率化を図るために、逐次プログラムからHPFプログラムへ変換する自動並列化ツール並びにHPFトランスレーターとの連携を実現している。本報告書では、機能拡張版PPDEの利用方法について述べる。

報告書

並列分散科学技術計算支援ツール: TME(Task Mapping Editor); TME利用手引書

武宮 博*; 山岸 信寛*; 今村 俊幸; 上野 浩一*; 小出 洋; 辻田 祐一; 長谷川 幸弘*; 樋口 健二; 松田 勝之*; 平山 俊雄

JAERI-Data/Code 2000-013, p.52 - 0, 2000/03

JAERI-Data-Code-2000-013.pdf:8.64MB

計算科学技術推進センターでは、並列処理基盤技術開発にかかわる研究開発の一環として、複数の計算機を用い科学技術計算の並列分散処理を支援する環境PPExeを構築している。TME(Task Mapping Editor)は、PPExeを構成するツールの一つであり、一連の処理の定義や計算機割付けを利用者が対話的に定義できるビジュアルプログラミング環境を提供する。TMEを用いることにより、利用者はプログラム間のデータ依存関係をデータフローに基づき視覚的に定義することができる。また、定義された処理を実行する計算機の指定もGUIを介して容易に行うことができる。定義された一連の処理は、TMEにより決定された実行順序にしたがって、PPExeを構成するほかのサブシステム、メタスケジューラ、計算資源利用状況モニタ、及び実行マネジャにより実施される。本報告書では、TMEの利用方法について述べる。

報告書

並列プログラム開発環境PPDEの利用手引

上野 浩一*; 太田 浩史*; 武宮 博*; 今村 俊幸; 小出 洋; 松田 勝之*; 樋口 健二; 平山 俊雄

JAERI-Data/Code 2000-012, p.125 - 0, 2000/03

JAERI-Data-Code-2000-012.pdf:19.49MB

計算科学技術推進センターでは、並列処理にかかわる共通基盤技術の研究開発の一環として、並列プログラムにおける途切れのない思考を支援するSTA基本システム(Seamless Thinking Aid)を開発した。STA基本システムでは、並列プログラム開発環境PPDE(Parallel Program Development Environment)がプログラムの開発に必要なツールであるエディタ、コンパイラ、デバッガ及び性能評価ツールの統一的な利用環境を提供している。PPDEでは、プログラム開発に中心的な役割を果たすエディタと各ツールとの情報交換を円滑に行い、エディタ上のプログラムのソース行に対応付けてツールの解析情報を表示することにより、並列プログラム開発における途切れのない思考の支援を実現している。本報告書では、PPDEの利用方法について述べる。

報告書

異機種並列計算機間通信ライブラリStampi設計書

今村 俊幸; 武宮 博*; 小出 洋

JAERI-Data/Code 2000-007, p.114 - 0, 2000/03

JAERI-Data-Code-2000-007.pdf:3.75MB

計算科学技術推進センターでは、異なる並列計算機やワークステーションを任意に組み合わせた計算を行うために、MPIに基づいた異機種並列計算機間通信ライブラリStampiを開発した。現在、StampiシステムはStampi並びにStampi/Javaという形で構成されており、複合並列計算機COMPACSのみならずWWWブラウザ上で動作するAppletとの通信も可能になっている。本報告書は、開発したStampiシステムの設計方針並びに詳細仕様等を取りまとめたものである。

報告書

並列分散科学技術計算支援ツール: TME (Task Mapping Editor); TME設計報告書

武宮 博*; 山岸 信寛*; 今村 俊幸; 上野 浩一*; 小出 洋; 辻田 祐一; 長谷川 幸弘*; 樋口 健二; 松田 勝之*; 平山 俊雄

JAERI-Data/Code 2000-010, p.49 - 0, 2000/02

JAERI-Data-Code-2000-010.pdf:2.04MB

計算科学技術推進センターでは、並列処理基盤技術開発にかかわる研究開発の一環として、複数の計算機を用いた科学技術計算の並列分散処理を支援する環境PPExeを構築している。TME (Task Mapping Editor)は、PPExeを構成するツールの一つであり、一連の処理の定義や計算機割付けを利用者が対話的に定義できるビジュアルプログラミング環境を提供する。TMEを用いることにより、利用者はプログラム間のデータ依存関係をデータフローに基づき視覚的に定義することができる。また、定義された処理を実行する計算機の指定もGUIを介して容易に行うことができる。本報告書では、TMEにおいて実現された種々の機能をまとめ、それらの機能の実装方式について説明する。

報告書

データ可視化機能を持つ並列プログラムデバッグツール: vdebug; vdebug利用手引書

松田 勝之*; 武宮 博*

JAERI-Data/Code 2000-005, p.66 - 0, 2000/02

JAERI-Data-Code-2000-005.pdf:6.59MB

並列科学技術計算プログラムのデバック作業を支援するデバッガvdebugについて報告する。大量のデータの正誤判断を行う必要があるため、数値データをそのまま画面に表示する従来のデバッガを用いて科学技術計算プログラムをデバッグすることは困難である。この困難を軽減するために、われわれはデータを可視化表示することにより大量のデータの正誤判断を可能とするデバッグツールvdebugを開発してきた。これまでvdebugを用いたデバッグ対象は逐次プログラムに制限されていたが、7種の並列計算機で提供されているデバッガへの対応を図ると同時に、個々の並列プログラムに散在するデータを統合し可視化表示する機能を実現することで、並列プログラムの容易なデバッグを可能とした。本報告書では、並列プログラムへの対応を実現したvdebugの使用方法と並列プログラムデバッグ実施例について述べる。

報告書

異機種並列計算機間通信ライブラリ: Stampi; 利用手引書第二版

今村 俊幸; 小出 洋; 武宮 博*

JAERI-Data/Code 2000-002, p.75 - 0, 2000/02

JAERI-Data-Code-2000-002.pdf:3.05MB

異なる並列計算機を任意に組み合わせ計算を行うために、MPIを通信のための単一のインターフェイスとする異機種並列計算機間通信ライブラリStampiを開発した。StampiはMPI2のインターフェイス仕様に基づき、異なる計算機への動的なプロセス生成とMPIのセマンティクスを保ったまま外部との通信を可能としている。Stampiの主な特徴は次のようにまとめられる。(1)外部通信と内部通信とのプロトコル自動選択機能、(2)通信中継モジュールによるメッセージ中継機能、(3)動的なプロセス生成、(4)異なる2種類の通信路(Master/Slave,Client/Server)の動的形成方法サポート、(5)Java Appletとの通信。従来、ベンダー提供のライブラリでは提供されていなかったこれら外部へのプロセス生成と通信の機能等を実現し、これにより異機種の並列計算機を同時に用いた計算が可能となった。現在Stampiは計算科学技術推進センター所有の並列計算機群COMPACSの5台の並列機とグラフィックサーバ、ほかに8種の並列計算機に実装(計14機種)され、それら計算機間での任意の通信を可能としている。本稿では、Stampiの利用方法を中心に報告している。

論文

並列分散科学技術計算の支援環境; SSP

武宮 博; 太田 浩史; 今村 俊幸; 小出 洋; 松田 勝之; 樋口 健二; 平山 俊雄; 笠原 博徳*

計算工学講演会論文集, 4(1), p.333 - 336, 1999/05

日本原子力研究所では、並列処理に係わる共通基盤技術の研究開発の一環として、ネットワークに接続された複数の並列計算機環境での並列科学計算作業における途切れのない思考を支援する並列分散科学技術計算環境STA/SSPを構築している。本環境は、ネットワーク接続された並列計算機群から構成されるクラスタ上での並列計算プログラム開発を支援する環境と、それら並列計算機群を自由に組み合わせた並列分散計算の実行を支援する環境の2つの環境から構成される。本発表では、上記環境の構築目的及び各支援環境の詳細について説明する。

論文

並列分散科学技術計算を支援するソフトウェア・システム(STA)の構築

武宮 博*; 今村 俊幸; 小出 洋

情報処理, 40(11), p.1104 - 1109, 1999/00

日本原子力研究所計算科学技術推進センターでは、並列処理にかかわる共通基盤技術研究開発の一環として、科学技術計算環境STA(Seamless Thinking Aid)を構築している。STAは、並列分散科学技術計算と呼ばれる新しい形態の科学技術計算を対象とし、プログラム開発から実行、結果解析に至る一連の作業の円滑化、消費される時間の低減を実現することで、利用者の途切れのない思考を支援する(Seamless Thinking Aid)環境である。また、センターではSTA上にいくつかの並列分散アプリケーションを構築し、それらの実用性評価を行っている。本稿では、STA及びSTA上に構築された並列分散アプリケーションについて紹介する。

論文

Parallel computing for fluid/structure coupled simulation

木村 俊哉; 大西 亮一*; 太田 高志*; Guo, Z.*

Parallel Computational Dynamics, p.267 - 274, 1999/00

並列計算機上において、流体力学と構造力学の相互作用する問題を解析するための計算コードを開発した。流体解析は3次元のオイラー方程式を有限差分法を用いて移動格子上で解き、また構造解析は構造運動方程式を有限要素法を用いて解いている。流体解析コード、構造解析コード、格子形成コードはMPMD形式で、異なるプロセッサグループ上に分配されデータ交換を行いながら並列に計算を進める。

論文

並列分散科学技術計算環境STA,1; 目的及び概要

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

計算工学講演会論文集, 3(1), p.73 - 76, 1998/05

日本原子力研究所では、並列処理に係わる共通基盤技術の研究開発の一環として、ネットワークに接続された複数の並列計算機環境での並列科学技術作業における途切れのない思考を支援する並列分散科学技術環境STA(Seamless Thinking Aid)を開発している。具体的には、(1)並列科学計算作業における一連の作業の円滑な遂行、(2)複数の並列計算機の円滑な利用、を支援することにより、利用者の途切れのない思考を実現することを目的としている。本稿では、上記目的を詳述するとともに、その目的を達成するためにSTAの提供している機構の概要について述べる。

論文

並列分散科学技術計算環境STA,2; エディタを中心に統合された並列プログラム開発環境PPDEの構築

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

計算工学講演会論文集, 3(1), p.77 - 80, 1998/05

並列計算機を利用した科学技術計算用ソフトの開発は、並列処理プログラミングの複雑さ故に、従来にも増して作業に長時間を要する。その要因の一つは、開発ツールの情報を利用者が理解するのに時間を要するためである。プログラム開発において、問題解決のためには、どの開発作業フェーズでも、コーディング作業に戻るという性質を持っており、エディタがプログラム開発作業の中心的な存在である。STAのプログラム開発環境である、エディタを中心に統合された並列プログラム開発環境PPDEは、各種ツールが提供する情報をソースコードに関連付けてグラフィカルに表示するとともに、その状態のままソースコードの編集を可能にすることにより、開発者の思考の流れを柔軟に支援しながら、作業に必要となる手順と消費される時間を低減し、円滑な並列プログラムの開発を支援する。PPDEの概要と評価結果について述べる。

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