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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 on 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。

論文

Sorption behavior of selenide on montmorillonite

杉浦 佑樹; 戸村 努*; 石寺 孝充; 土井 玲祐; Francisco, P. C. M.; 塩飽 秀啓; 小林 徹; 松村 大樹; 高橋 嘉夫*; 舘 幸男

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 324(2), p.615 - 622, 2020/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Analytical)

Batch sorption experiments were performed to investigate the sorption mechanism of Se on montmorillonite under reducing conditions in deep geological environments. Based on Eh-pH diagrams and ultraviolet-visible spectra, Se was dissolved as selenide (Se(-II)) anions under the experimental conditions. The distribution coefficients ($$K_{rm d}$$; m$$^{3}$$ kg$$^{-1}$$) of Se(-II) indicated ionic strength independence and slight pH dependence. The $$K_{rm d}$$ values of Se(-II) were higher than those of Se(IV), which also exists as an anionic species. X-ray absorption near edge spectroscopy showed that the oxidation state of Se-sorbed on montmorillonite was zero even though selenide remained in the solution. These results suggest that Se(-II) was oxidized and precipitated on the montmorillonite surface. Therefore, it is implied that a redox reaction on the montmorillonite surface contributed to high $$K_{rm d}$$ values for Se(-II).

論文

Electronic structure of Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$; Photoelectron spectroscopy of the Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$[PF$$_{6}$$$$^{-}$$] salt and STM of the single Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$ molecules on Cu(111)

山田 洋一*; Kuklin, A. V.*; 佐藤 翔*; 江坂 文孝; 角 直也*; Zhang, C.*; 佐々木 正洋*; Kwon, E.*; 笠間 泰彦*; Avramov, P. V.*; et al.

Carbon, 133, p.23 - 30, 2018/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:67.04(Chemistry, Physical)

本研究では、超高真空中で高純度Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$[PF$$_{6}$$$$^{-}$$]塩の蒸発によってLi$$^{+}$$イオン内包フラーレンを調製し、走査型トンネル顕微鏡(STM)により明瞭に観察することに成功した。また、STM観察に先立って、光電子分光およびX線吸収分光などにより測定したところ、Liは正、PF$$_{6}$$は負のチャージを帯びており、C$$_{60}$$は中性であることが明らかとなった。

論文

Incident angle dependence of MCD at the Dy $$M$$$$_{5}$$-edge of perpendicular magnetic Dy$$_{x}$$Co$$_{100-x}$$ films

安居院 あかね; 水牧 仁一朗*; 朝日 透*; 佐山 淳一*; 松本 幸治*; 森川 剛*; 松下 智裕*; 逢坂 哲彌*; 三浦 義正*

Journal of Alloys and Compounds, 408-412, p.741 - 745, 2006/02

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.47(Chemistry, Physical)

次世代高密度記録媒体材料の候補として期待される希土類-遷移金属アモルファス薄膜の垂直磁気異方性の濃度依存性を元素別に調べるために、Dy$$_{x}$$Co$$_{1-x}$$膜の軟X線吸収測定及び磁気円二色性測定を行った。MCD測定は磁化の入射角に対する軸方向への射影としてあらわれ、濃度によってDyのモーメントの広がりが変化することがわかった。

論文

Resonant O K$$alpha$$ emission spectroscopy of layered manganate La$$_{1.2}$$Sr$$_{1.8}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$

安居院 あかね; K$"a$$"a$mbre, T.*; S${aa}$the, C.*; Nordgren, J.*; 薄田 学; 齋藤 智彦*; 守友 治*

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 144-147, p.589 - 592, 2005/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.9(Spectroscopy)

ペロプスカイト型層状マンガン酸化物La$$_{1.2}$$Sr$$_{1.8}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$についてO K吸収端近傍で軟X線吸収分光実験及び共鳴発光分光実験を行った。吸収スペクトルはこれまでのペロプスカイト型マンガン酸化物のスペクトルを再現した。発光分光スペクトルは異なる化学状態の酸素2pの状態密度を反映し、ローカルデンシティアプロキシメーション法によるバンド計算の結果との比較によって説明された。

論文

軟X線分光で観た垂直磁化膜; [Co/Pd]$$_{n}$$多層膜及び希土類遷移金属アモルファス薄膜を例にして

安居院 あかね; 水牧 仁一朗*

信学技報, 104(409), p.7 - 10, 2004/11

強い垂直磁気異方性を示す磁性材料が高密度磁気記録媒体として不可欠となっている。例えば、Co/Pd人工格子多層膜やTbFeCoアモルファス膜は有望な磁気記録材料として注目されている。これまで、垂直磁化膜の磁気異方性エネルギーや保磁力など膜全体の磁気特性の報告が多くなされている。一方、膜の構成元素ごとの磁気特性について着目し元素選択的・軌道選択的に測定した物理量と、前述した系全体を表す物理量との相関について研究している例は少ない。本稿では軟X線磁気円二色性分光測定を用い、垂直磁化膜の磁気特性を元素選択的・軌道選択的観点から研究した例を紹介する。

論文

XAS and XPS combined analysis using high-resolution and high-flux soft X-ray from synchrotron radiation

松林 信行*; 田中 智章*; 今村 元泰*; 島田 広道*; 斉藤 健

Analytical Sciences (CD-ROM), 17(Suppl.), p.119 - 121, 2002/03

放射光の特性、すなわち励起エネルギーを変化可能なこと、高強度高分解能の偏向性を考慮した場合、X線光電子分光法(XPS)とX線吸収分光法(XAS)をあわせて用いることは、固体表面の元素分析や化学状態分析有効な手法となる。励起エネルギーを変化させ、光電子の運動エネルギーを変えることにより、非弾性平均自由行程の調整を行い、XPSによる非破壊深さ方向分析が可能となる。偏向XASは種々の機能材料に応用されている。共鳴光電子スペクトルの解析による電子構造の分析はチオシアネートの分析に用いられた。XASスペクトルと共鳴光電子スペクトルは放射光研究施設のBL-13Cにて行われた。

論文

強磁性規則合金中の非磁性元素におけるMCDスペクトルの第一原理計算

山口 正剛; 浅野 攝郎*

日本応用磁気学会誌, 25(4-Part2), p.659 - 662, 2001/04

Pd$$_{3}$$Fe中のPd,NiMnSb中のSb,CoS$$_{2}$$中のSなど、強磁性体中の非磁性元素について、そのわずかな磁化などの磁気的性質を調べるために、軌道放射光を用いて磁気円二色性(MCD=Magnetic Circlar Dichroism)スペクトルが測定されている。われわれはそのMCDスペクトルとX線吸収スペクトル(XAS)を、第一原理計算から計算することを試みた。計算されたスペクトルは、CoS$$_{2}$$以外では実験をよく再現した。特にPd$$_{3}$$FeのPd3PXASにおいて、今まで理解されていなかった大きなサテライトピークの起源を明らかにすることができた。

論文

レーザープラズマ軟X線吸収分光を用いたアブレーション粒子の時間分解測定

宮下 敦巳; 依田 修; 村上 浩一*

表面科学, 20(3), p.180 - 185, 1999/00

LAPXAS(Laser Plasma Soft X-ray Absorption Spectroscopy)装置の構成と、それを用いたアブレーション粒子計測への応用について述べた。X線吸収分光を用いることにより、中性原子、荷電粒子にかかわらず、基底状態、励起状態のいずれの状態であっても測定可能であるなど、従来法では困難であった測定が可能になった。LAPXASを用いて炭素、ホウ素、シリコンのレーザーアブレーション粒子の時間空間分解測定を行った結果、正イオンの最大速度は中性原子や負イオンより速いことがわかった。局所希ガス雰囲気でのレーザーアブレーション粒子の分布を測定した結果、ヘリウムガス雰囲気ではアブレーションプルームの先端に生じたヘリウムガスの高密度領域によってアブレーションプルームは押し縮められるがアルゴンガス雰囲気ではレーザーアブレーション後15$$mu$$sまでの時間帯ではシリコンクラスタの生成はないことがわかった。

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

ジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dにおけるエクサスケール計算技術開発

井戸村 泰宏

no journal, , 

ポスト京重点課題において開発を進めているジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dにおけるエクサスケール計算技術を紹介する。ITERにおける核燃焼プラズマ解析に向けて、運動論的電子や多種イオン系イオンを含む物理モデルの拡張が進められてきた。この核燃焼プラズマモデルをITER規模で計算するにはエクサスケール計算が必須となる。これを実現する上で、省電力のメニーコアプロセッサを使いこなす技術や演算加速によって顕在化する通信処理のボトルネックを回避する技術が必要となる。講演では、上記課題の解決に向けて開発を進めてきた、メニーコア最適化技術、通信隠蔽技術、省通信アルゴリズムに関して議論し、プラズマシミュレータ等、最新のメニーコア計算機における性能評価を示す。

口頭

メニーコア環境における核融合プラズマ乱流シミュレーションの高速化

井戸村 泰宏

no journal, , 

ポスト京重点課題において開発を進めているエクサスケール計算技術について紹介する。核融合プラズマの解析では5次元位相空間における移流拡散方程式の第一原理計算が必要となるため、次世代実験炉ITERの解析にはエクサスケール計算が必須となる。これを実現する上で、省電力のメニーコアプロセッサを使いこなす技術や演算加速によって顕在化する通信処理を削減する技術が必要となる。講演では、上記課題の解決に向けて開発を進めてきた、メニーコア最適化技術、通信隠蔽技術、省通信アルゴリズムに関して議論し、最新のメニーコア計算機における性能評価を示す。

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

Chemical bond roles for ion selectivity of tri- and tetra-valent actinides and lanthanides

矢板 毅

no journal, , 

The ion recognition utilized by organic ligands is one of the important principles for separation of a special metal using precipitation, chromatography, liquid-liquid extraction and so on, this mechanism is applied for analytical chemistry, metal recycle, treatment of radioactive wastes and the other various fields. Separation of metal ion using ligand is performed in dynamic environment like solution including various interactions, comprehensive elucidation, therefore, is needed. Due to the synchrotron based XAS/XES and RIXS spectroscopies for a Cm-1,10-phenanthroline (phen) complex, experimental evidences of a significant covalent interactions were obtained. In this talk, chemical bond formation dynamics using Dispersive EXAFS results will be introduced, and we will discuss about a part of ion recognition mechanism based on chemical bond formation on the separation system for tri- and tetra-valent actinides and lanthanides.

口頭

Development of exascale fusion plasma turbulence simulations for post-K

井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Obrejan, K.; 朝比 祐一*; 松岡 清吉*; 今村 俊幸*

no journal, , 

ポスト京重点課題において、メニーコアプロセッサに基づく次世代計算環境向けにジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dの計算技術開発を進めてきた。本発表では、複雑なプロセッサ内メモリ階層、および、演算加速に比べて限定的なノード間通信性能に関する計算技術の課題を議論する。前者に関しては、各メニーコアアーキテクチャ上でステンシル計算カーネルのデータアクセスパターンを最適化し、高い性能向上を達成した。後者に関しては、先進的な省通信クリロフ部分空間法を適用した。この手法は集団通信を一桁以上削減し、さらに主要な計算カーネルの演算密度を向上する。上記の新たな計算技術の適用により、最新メニーコア環境におけるGT5Dの性能が大幅に向上し、Oakforest-PACS全系(8,192KNL)までの良好な強スケーリングを達成した。

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

Status of GT5D

井戸村 泰宏

no journal, , 

ポスト京重点課題では、ポスト京におけるエクサスケール核燃焼プラズマシミュレーションに向けて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の開発を進めている。本講演ではGT5Dにおける新たな計算技術開発の現状を概説する。GT5Dの主要な計算部分は半陰的時間積分法で用いられるクリロフ疎行列ソルバとなる。本研究ではこのソルバの計算カーネルを富岳試作機、および、V100GPUに移植し、これらの最先端メニーコア、GPUアーキテクチャにおいてほぼ理想的な性能向上が得られることを確認した。

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。

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