演算加速器型スパコンによる実スケール防災シミュレーションのフレームワーク構築

• Project/Area Number: 16J09324
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: High performance computing
• Research Institution: The University of Tokyo (2017); Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (2016)
• Principal Investigator: 都築 怜理 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任助教
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 流体構造連成 / 確率過程 / 粘弾性体 / 多体解析 / 接触解析 / 表面形状 / 大規模計算 / 動的領域分割

Outline of Annual Research Achievements

本年度の前半において、昨年度開発した表面形状を考慮した QDEM (QDEMSM) による粘弾性体の多体計算コードと SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 法による流体計算コードを合体させ、多数の浮遊する構造物を含んだ流体問題に対する SPH-QDEM 連成解析コードを開発した。複数の瓦礫を含むダムブレイク計算を例題として実施した結果、構造物を粒子連結により表現し、粒子を節点とみなして力の伝達を行う従来の方法と比べて、節点数が少ない場合にも構造物への染み込みを抑えた流体・構造連成が可能であることが分かった。また、OpenMP に基づく複数 CPU 計算コードの開発、及びヒルベルト空間充填曲線による動的領域分割法の適用まで進めることができた。
幾つかの流体構造連成シミュレーションの結果から、構造物の多体衝突は当初の予想以上に初期値鋭敏性を伴う非線形の強い問題であることが示されたため、個々の構造物の振る舞いを捉えるよりも全体挙動を正確かつ高速に捉える手法を構築するため、本年度の後半では、確率過程に基づくASEP (Asymmetric simple exclusion process) を用いたシミュレーション手法の開発を進めた。第一段階として取り組んだ単一流路及びそれに隣接する複数のサイトに対する粒子の割り当て問題では、流入口側にサイト使用率が偏向する「self-deflection 効果」を理論解析とシミュレーションの両面から示すことができ、当該成果はアメリカ物理学会の論文誌である Phys.Rev.E に掲載された。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effect of self-deflection on a totally asymmetric simple exclusion process with functions of site assignments (2018)
  • Author(s): Tsuzuki Satori、Yanagisawa Daichi、Nishinari Katsuhiro
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 97 Issue: 4 Pages: 042117-042117
  • DOI: 10.1103/physreve.97.042117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effective dynamic load balance using space-filling curves for large-scale SPH simulations on GPU-rich supercomputers (2016)
  • Author(s): Satori Tsuzuki, Takayuki Aoki
  • Journal Title: ScalA'16 Proceedings of the 7th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems Volume: - Pages: 1-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Large-scale Particle-based Simulations for Debris Flows using Dynamic Domain Decomposition with Space Filling Curves on A GPU Supercomputer (2016)
  • Author(s): Satori Tsuzuki, Takayuki Aoki
  • Organizer: 11th International SPHERIC (SPHERIC 2016) Workshop
  • Place of Presentation: Technische Universitat Munchen (TUM), Munchen, Germany
  • Year and Date: 2016-06-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Large-scale Particle Simulations for Debris Flows using Dynamic Load Balance with Space Filling Curves on A GPU-rich Supercomputer (2016)
  • Author(s): Satori Tsuzuki, Takayuki Aoki
  • Organizer: European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS2016)
  • Place of Presentation: Creta Maris Conference Centre, Crete Island, Greece
  • Year and Date: 2016-06-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GPUスパコンにおける動的負荷分散を用いた粒子法による大規模土石流シミュレーション (2016)
  • Author(s): 都築怜理, 青木尊之
  • Organizer: 日本計算工学会・第21回計算工学講演会
  • Place of Presentation: 新潟コンベンションセンター(朱雀メッセ), 新潟
  • Year and Date: 2016-05-31
• [Presentation] Large-scale Particle-based Simulations using Dynamic load balance with Space Filling Curves on a GPU Supercomputer (2016)
  • Author(s): Satori Tsuzuki, Takayuki Aoki
  • Organizer: 28th International Conference on Parallel Computational Fluid Dynamics
  • Place of Presentation: Kobe International Conference Center, Kobe, Japan
  • Year and Date: 2016-05-10
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 都築怜理のホームページ
  • URL: http://str-prtc-gpu-comp.wixsite.com/pm-info-st-personal/home-japanese