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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

Parallel computing with Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS)

古田 琢哉; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 仁井田 浩二*; 石川 顕一*; 野田 茂穂*; 高木 周*; 前山 拓哉*; 福西 暢尚*; 深作 和明*; et al.

Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 9 Pages, 2015/04

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSには計算時間短縮のために、二種類の並列計算機能が組み込まれている。一つはメッセージパッシングインターフェイス(MPI)を利用した分散メモリ型並列計算機能であり、もう一つはOpenMP指示文を利用した共有メモリ型並列計算機能である。それぞれの機能には利点と欠点があり、PHITSでは両方の機能を組み込むことで、利用者のニーズに合わせた並列計算が可能である。また、最大並列数が8から16程度のノードを一つの単位として、数千から数万というノード数で構成されるスーパーコンピュータでは、同一ノード内ではOpenMP、ノード間ではMPIの並列機能を使用するハイブリッド型での並列計算も可能である。それぞれの並列機能の動作について解説するとともにワークステーションや京コンピュータを使用した適用例について示す。

論文

原研におけるスーパーコンピュータ環境を例として

安積 正史

プラズマ・核融合学会誌, 80(5), p.378 - 381, 2004/05

原研における大規模科学シミュレーション環境の進展が概説される。核融合シミュレーション科学の展開が原研におけるスーパーコンピュータ及び計算機ネットワーク能力の増加に重要な役割を果たしてきた。現在、東海研と那珂研においてベクトル,スカラー両者の並列計算機が稼働中であり、核融合シミュレーション計画,NEXT計画、のもとで開発されている流体,粒子コードがそれぞれのシステムで動いている。遠隔利用者による視覚化処理を効率的に行うためのデータ転送法の開発も成功裏に進められている。核融合研究はITERの新しい段階に入ろうとしており、シミュレーションモデルのさらなる進展とともに、計算機システムのより一層の高性能化に対するニーズがこれまで以上に高まってきている。

論文

異なった時空間スケールが関与する多階層プラズマシミュレーション研究; 現状からの展望, まえがき

岸本 泰明

プラズマ・核融合学会誌, 79(5), p.460 - 463, 2003/05

「異なった時空間スケールが関与する多階層シミュレーション研究」の視点に基づいて、プラズマが本質的役割を果たす基礎学術分野,磁場核融合分野,レーザー核融合分野,宇宙・天体分野の多階層シミュレーション研究の現状と今後の展開に関して、大規模計算機を中心とした計算科学の視点を含めてレビューしたものである。

論文

地球シミュレータ上の一様等方性乱流シミュレーション

横川 三津夫; 斎藤 実*; 石原 卓*; 金田 行雄*

ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム(HPCS2002)論文集, p.125 - 131, 2002/01

近年のスーパーコンピュータの発展により、ナビエ・ストークス(NS)方程式の大規模な直接数値シミュレーション(DNS)が可能となってきた。しかし、乱流現象の解明とそのモデル化のためには、さらに大規模なDNSを行う必要がある。ピーク性能40Tflop/sの分散メモリ型並列計算機である地球シミュレータを用いて、大規模なDNSを行うためのスペクトル法を用いたDNSコード${tt Trans7}$を開発し、既存コードとの比較により本コードの妥当性を検証した。格子点$$256^3$$,1APでの逐次版${tt Trans7}$の実効性能は約3.72Gflop/sが得られた。また、並列版${tt Trans7}$の実効効率は、単体ノードにおいてプロセッサ数にほぼ比例し、AP8台で7倍近い速度向上が得られた。8台のマルチノード環境では、ノード数の増加に伴い速度向上率が低下するが、格子点数$$512^3$$に対しピーク性能の25%の実効性能が得られた。

報告書

次世代計算機概念検討; 平成11年度作業報告

樋口 健二; 長谷川 幸弘*; 平山 俊雄

JAERI-Review 2000-019, 70 Pages, 2000/12

JAERI-Review-2000-019.pdf:1.89MB

計算科学技術推進センターでは、並列処理にかかわる基盤技術開発の一環として、平成11年度に次世代計算機の概念検討に着手した。ここで行った代表的な量子計算コードを対象とした挙動解析結果について述べる。また、解析結果、に対する考察、キャッシュミス緩和のための方策の検討結果についても触れる。さらに、概念検討を定量的に進めるために開発中の性能予測シミュレータについても述べる。

論文

超並列計算機による光量子-物質相互作用シミュレーション

山極 満

原子力eye, 46(6), p.64 - 65, 2000/06

光量子科学研究の現状と将来についての紹介の一環として、光量子シミュレーション研究のうち、高調波発生、X線レーザー発振、レーザー加速、及び高速イオン発生に関する最近の成果を特別記事「関西文化学術研究都市における先端レーザー研究」にまとめた。

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。

論文

Multidisciplinary aero-structural modeling on parallel computers

大西 亮一*; 木村 俊哉; Guo, Z.*; 岩宮 敏幸*

CEAS/AIAA/ICASE/NASA Langley Int. Forum on Aeroelasticity and Strucrual Dynamics 1999, (2), p.483 - 489, 1999/06

空力弾性解析のための計算モデル構築技法について述べる。モデルは流体力学と構造力学の計算コードを用いて空気力学的な構造変形と応力変化を動的に計算するためのもので、問題として高アスペクト比後退翼の遷音速流中での弾性変形計算に適用した例を示す。また、分散処理を適用し、複合シミュレーションを用いるための複合環境構築のためのアプローチ等を示す。

論文

CFD/CSD coupled simulation on a parallel computer cluster

木村 俊哉; 武宮 博*; 大西 亮一*

Proc. of 14th AIAA Computational Fluid Dynamics Conf., 11 Pages, 1999/00

流体・構造連成シミュレーションに対して分散並列計算を行った。流体計算をベクトル型並列計算機、構造計算をスカラ型並列計算機上でそれぞれ独立して行い、流体領域、構造領域の境界データをネットワーク経由で交換することで流体・構造の連成を行う。計算を異なる並列計算機に分散させることで計算の高速化が可能になり、1台の並列計算機で計算を行うよりもより高速な計算が可能になった。

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。

論文

Development of parallel computing environment for aircraft aero-structural coupled analysis

大西 亮一*; 木村 俊哉; 太田 高志*; Guo, Z.*

Parallel Computational Fluid Dynamics, p.667 - 673, 1998/00

流体力学と構造力学の連成を行い、空力と構造の相互作用を考慮した総合的な特性評価を行うシミュレータの開発について記述する。本研究は航空宇宙技術研究所との共同研究で行っているもので、本論文では流体コードと構造コードを並列処理により統合する方式、圧力や構造変形データを両コード間で変換しながら連成計算を進める為の方式等を述べる。又、流体力学計算は有限差分法で、構造力学計算は有限要素法で数値的に解く為、流体用の差分格子と構造用の有限要素法を合成した連成格子の自動生成方式についても述べる。大規模計算コードの接合による連成計算は並列計算機にとって最も適した問題と言え、今後盛んに行われる分野と思われる。

報告書

モンテカルロ法を適用した光線追跡画像生成プログラムの開発

樋口 健二; 大谷 孝之; 長谷川 幸弘*

JAERI-Research 97-062, 103 Pages, 1997/09

JAERI-Research-97-062.pdf:2.35MB

従来の光線追跡法による画像生成においては、視点を始点としてスクリーンを構成する各画素を通過する半直線すなわち視点を追跡することで各画素に対する輝度値を計算する。しかし、その場合、(1)光源の幾何形状表現が困難(2)散乱反射の計算に大まかな近似を用いざるを得ない、といった理由から生成される画像の現実感が大きく失われる。そこで、筆者らは、原子力分野で広く用いられているモンテカルロ法により、視線ではなく光線を追跡する順方向光線追跡プログラムを開発した。この手法により、上記問題点を解消するとともに、粒子輸送モンテカルロ・コードの分散低減法を適用し、さらに拘束モンテカルロ装置を利用することで計算時間を大幅に短縮した。

報告書

並列プログラミング支援環境の現状と動向

武宮 博*; 樋口 健二; 本間 一朗*; 太田 浩史*; 川崎 琢治*; 今村 俊幸; 小出 洋; 秋元 正幸

JAERI-Review 97-005, 105 Pages, 1997/03

JAERI-Review-97-005.pdf:4.67MB

本報告書は、並列プログラミングのためのソフトウェア・ツールに関する有用な情報を提供することを意図したものである。具体的には、日本原子力研究所に設置されている6社の並列計算機、即ち、富士通VPP300/500,日電SX-4,日立SR2201,クレイT94,IBM SP,インテルParagonにおける並列プログラミング環境の調査及び並列言語・エンパイラ,デバッガ,性能評価ツール,統合化ツールなどの並列プログラミングのためのソフトウェア・ツールに関する研究開発の現状調査の報告である。この調査はプログラミング環境開発プロジェクトの一環として行われたものである。現在原研で開発中であるこの環境に関しても述べる。このプログラミング環境は、プログラマの途切れのない思考を支援するという概念に基づいて設計されている。

論文

Solver with the differential algebraic cubic interpolated propagation scheme on massively parallel computer

内海 隆行*; 谷 啓二

Proc. on Parallel Algorithms/Architecture Synthesis, p.200 - 205, 1997/03

微分代数的CIP法(Differential Algebraic CIP;DA-CIP)は、矢部等により提案されたCIP法をLagrange的観点から検討し直し、CIP法の非移流フェーズ計算における空間差分計算を排除し、常微分方程式の数値積分法を適用することが出来る偏微分方程式の数値解析法である。このDA-CIP法では、Burlish-Stoer法や最適積分きざみ幅制御Runge-Kutta法のように数値的に系の時定数を推定する陽的数値積分法を用いることができるため、各格子点上の状態量の時間進展計算において近接した格子点の状態量が用いられるのみである。この計算局所性より、Paragonのような超並列計算機にSPMD(Single Program Multiple Data)モデルに基づいてDA-CIP法の解析コードを作成し、VPP500と同等の結果が得られることを示した。

論文

The Role and tasks of Center for Promotion of Computational Science and Engineering

浅井 清

Int. Symp. on Parallel Computing in Engineering and Science, 0, 10 Pages, 1997/00

当センターでのこの1年余りの研究開発の成果の紹介を行った。それらは、(1)OSとユーザとの柔軟なインターフェイスを取るSTA基本ソフト、(2)並列機用数値計算ライブラリ、(3)格子生成ソフト、(4)実時間可視化ソフト、(5)2相流の相変化・超伝導物質の磁束状態・乱流のエネルギー散逸構造に関する数値実験などである。

論文

The Activities of center for promotion of computational science and engineering

浅井 清

Proc. of Joint Int. Conf. on Mathematical Methods and Supercomputing for Nuclear Applications, 1, p.3 - 16, 1997/00

本国際会議は、米国原子力学会(ANS)の数学的手法及び計算分部門(Div. Math. Method & Computation)とOECD/BEAの共催によって開催するもの。ANSは、2年に1回、NEAは3年に1回の開催で、NEAの国際会議SNA(Supercomputing in Nuclear Applications)は、原研が発案しNEAの強力のもとにシリーズ化を図ったものである。今回は、米、欧、アジア地域から各1名の招待講演者のひとりとして、この2年間の当センターの研究開発活動について講演する。その内容は、並列処理用基本ソフト、数値計算ライブラリ、可視化ソフト、格子生成ソフト、ベンチマークテスト用ソフトなどである。

論文

Parallelization of 3D gyrokinetic particle code: GYRO3D using MPI and its performance evaluation on parallel computers

今村 俊幸; 徳田 伸二; 内藤 裕志*

Proc. of SARATOGA 1997, 2, p.1434 - 1443, 1997/00

本論文では、原研ですすめられている数値トカマク(NEXT)プロジェクトの中核をなすジャイロ運動論的粒子コードGYRO3Dコード並列化について報告している。我々は並列化において業界標準となりつつあるMPI(Message Passing Interface)を用いることで、可盤性を確保し様々な並列計算機上で動作可能なコード作成に成功した。我々の並列化したコードは中目黒に設置してある複合並列計算機中の4台で動作し、並列化効率は良好なものであった。いくつかのスカラ機上ではスーパリニアな性能向上が確認されたが、SR2201の模擬ベクトル機構との比較からキャッシュミスがその原因であり、GYRO3Dに内在する重要な問題であることが確認された。

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