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多数回解析による汎用的地震シミュレーション手法の開発

Research Project

Project/Area Number 18J22867
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Structural engineering/Earthquake engineering/Maintenance management engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山口 拓真  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
KeywordsGPU計算 / 有限要素解析 / 多数回解析
Outline of Annual Research Achievements

本研究は多数回の地震シミュレーションを通したシミュレーション内の不確実性の考慮や地盤構造の最適化実現を目的としており,当該年度においては課題となっていた有限要素解析の高速化,および多数回計算によるデータ分析手法導入の両面でそれぞれ当初の目的を十分に達成した.
有限要素解析の高速化においては,AIに特化したハードウェアを活用したソルバーの計算コスト削減手法に関する検討を行った.近年の計算機は特定の演算を高速に処理するためのコアが搭載される傾向にあり,その中でも深層学習をターゲットとして,行列行列積の計算に特化したコアを有する演算器が多く発表されている.これに着目し,AIに特化したハードウェアを利用して有限要素地震シミュレーションの計算コストの大部分を占めるソルバー部分を高速化するアルゴリズム及び実装を行った.また同時に,コードの保守管理性を担保するために,指示行ベースでのGPU実装に関する検討も行い,コードに大きく修正を加えることなく実用上問題のない性能が得られることを示した.
多数回計算によるデータ分析においては,三次元内部構造の推定を対象問題とした検討を行った.開発されたソルバーを用いて多数の波動場解析を行い,解析結果に基づくAIの構築を行った.内部構造の評価をAIによって行うことで,観測データにより即した結果を与える内部構造を短時間で選別することが可能となり,従来の逐次的な最適化によるアプローチと比較して実計算時間が短縮できることを示した.
これらの結果から,計算機科学および計算科学を考慮した手法開発によって従来では実現しえなかった大自由度問題の多数回計算が導入可能であり,地震シミュレーションのより合理的な被害推定結果が導けることを示唆した.

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。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Oak Ridge National Laboratory(米国)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] オークリッジ国立研究所(米国)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] GPU Implementation of a Sophisticated Implicit Low-Order Finite Element Solver with FP21-32-64 Computation Using OpenACC2020

    • Author(s)
      Takuma Yamaguchi, Kohei Fujita, Tsuyoshi Ichimura, Akira Naruse, Muneo Hori, and Lalith Wijerathne
    • Journal Title

      Proceedings In International Workshop on Accelerator Programming Using Directives

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Low-Order Finite Element Solver with Small Matrix-Matrix Multiplication Accelerated by AI-Specific Hardware for Crustal Deformation Computation2020

    • Author(s)
      Takuma Yamaguchi, Kohei Fujita, Tsuyoshi Ichimura, Akira Naruse, Jack C. Wells, Thomas C. Schulthess, Christopher J. Zimmer, Tjerk P. Straatsma, Muneo Hori, Lalith Maddegedara, and Naonori Ueda
    • Journal Title

      Proceedings In The Platform for Advanced Scientific Computing

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Matched Filtering Accelerated by Tensor Cores on Volta GPUs With Improved Accuracy Using Half-Precision Variables2019

    • Author(s)
      Yamaguchi Takuma、Ichimura Tsuyoshi、Fujita Kohei、Kato Aitaro、Nakagawa Shigeki
    • Journal Title

      IEEE Signal Processing Letters

      Volume: 26 Issue: 12 Pages: 1857-1861

    • DOI

      10.1109/lsp.2019.2951305

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] GPUによる三次元地盤増幅解析を用いた三次元地盤構造推定手法の開発2019

    • Author(s)
      山口拓真,藤田航平,市村強,堀宗朗,ラリスウィジャラトネ
    • Organizer
      計算工学講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] GPUクラスタ上での地盤震動解析を用いた最適化による三次元地盤構造推定手法の開発2019

    • Author(s)
      山口拓真,市村強,藤田航平,堀宗朗,ラリスウィジャラトネ
    • Organizer
      応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Acceleration of Unstructured Low-Order Finite-Element Earthquake Simulation Using OpenACC2019

    • Author(s)
      Takuma Yamaguchi
    • Organizer
      OpenACC annual meeting
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ハイパフォーマンスコンピューティング研究会2019

    • Author(s)
      山口拓真
    • Organizer
      GPUによる3次元非構造格子有限要素解析の高速化
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Heuristic Optimization with CPU-GPU Heterogeneous Wave Computing for Estimating Three-dimensional Inner Structure2019

    • Author(s)
      Takuma Yamaguchi, Tsuyoshi Ichimura, Kohei Fujita, Muneo Hori, Lalith Wijerathne
    • Organizer
      International Conference on Computational Science
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多数回3次元地殻変動計算を対象とするOpenACCを用いた有限要素解析高速化手法の開発2018

    • Author(s)
      山口拓真
    • Organizer
      応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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