ＧＰＵとＳＳＤを利用したパソコンによる高解像度円盤シミュレーション

• Project Area: New Frontiers of Extrasolar Planets: Exploring Terrestrial Planets
• Project/Area Number: 24103506
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 村主 崇行 京都大学, 白眉センター(基礎物理学研究所), 助教 (50599149)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2012: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 原始惑星系円盤 / 惑星形成 / 弱電離プラズマ / ダストプラズマ / 雷 / 磁気回転不安定性 / ALMA / 観測 / 天文学 / 情報学 / プログラム自動生成 / 最適化

Research Abstract

本研究の目的は、近い将来に原始惑星系円盤の内縁部が観測可能となることを念頭に、その降着機構としてもっとも有力視されている磁気回転不安定性(MRI)の大局的な飽和状態をシミュレーションで実現し、惑星形成過程との相互作用を解明することであった。そのような大規模計算、かつ様々な素過程を考慮した物理モデルの検討を行うため、とくに、GPUとSSDを組み合わせた計算機によりパソコン単位でそのような規模の計算を実現することをめざしていた。
そこで、東京工業大学のGPUスパコンTSUBAMEなどを利用して、GPGPUを利用したMHDシミュレーションコードの開発を進めていた。また研究室にてSSDへのアクセスを高速化するべく、SSDを多数装備し並列にアクセスできるようにしたパソコンを自作し、ディスクアクセス性能を測定したり、配列アクセスを扱えるようなライブラリを作成したりしていた。
ところが、GPU上でのMHDシミュレーションコードの開発が思ったように進まず、当初想定のような大規模計算は実現の見込みが立たなくなった。
そこで当初より注目していた素過程の一つであり、原始惑星系円盤におけるMRIの大局的な飽和状態を司る重要な素過程である円盤雷に焦点を絞った。原始惑星系円盤においては雷を引き起こしうる複数のモデルが提案されており、そのいずれが正しいかを観測的に区別することは原始惑星系円盤を物理的に理解するうえで極めて重要である。結果として、HCO+, DCO+, N2H+という三種類のイオン種について、雷モデルを考慮に入れた円盤モデルを構築し、輻射輸送計算を行い、それをもとにアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計(ALMA)で雷モデルを検証可能な分光観測および分光画像観測を提案した。
また、原始惑星系円盤での雷現象について総合的に論じ博士論文を著した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Lightning in Protoplanetary Disks (2013)
  • Author(s): Takayuki Muranushi
  • Journal Title: 博士論文 Volume: 1 Pages: 1-92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interdependence of Electric Discharge and Magnetorotational Instability in Protoplanetary Disks (2012)
  • Author(s): Takayuki Muranushi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 760 Issue: 1 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1088/0004-637x/760/1/56
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lightning in Protoplanetary Disks (2012)
  • Author(s): 村主崇行
  • Journal Title: Dissertion for the Degree of Doctor of Phylosophy, Kyoto University Volume: 1 Pages: 1-91
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Paraiso: an automated tuning framework for explicit solvers of partial differential equations (2012)
  • Author(s): 村主崇行
  • Journal Title: Computational Science Discovery Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1-40
  • DOI: 10.1088/1749-4699/5/1/015003
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 原始惑星系円盤内の雷分布 (2013)
  • Author(s): 村主崇行(京都大学),犬塚修一郎(名古屋大学),奥住聡(東京工業大学),高橋実道(名古屋大学),冨康達也(元京大),三浦均(名古屋市立大学)
  • Organizer: 天文学会年会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] 雷放電の3次元シミュレーション (2013)
  • Author(s): 村主崇行
  • Organizer: 惑星形成理論研究会
  • Place of Presentation: 香川
  • Invited
• [Presentation] 原始惑星系円盤内の雷分布 (2013)
  • Author(s): 村主崇行(京都大学),犬塚修一郎(名古屋大学),三浦均(名古屋市立大学),奥住聡(東京工業大学),冨康達也(元京大)
  • Organizer: 原始惑星系円盤研究会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 原始惑星系円盤の一生と雷現象 (2013)
  • Author(s): 村主崇行
  • Organizer: 大阪大学宇宙進化セミナー
  • Place of Presentation: 大阪大学、大阪府
  • Invited
• [Presentation] Global, 3D, 2π simulations of MRI in protoplanetary disks (2012)
  • Author(s): 村主崇行
  • Organizer: 太陽系外惑星大研究会
  • Place of Presentation: ニューフジヤホテル、静岡県
  • Year and Date: 2012-04-18
  • Invited
• [Presentation] 偏微分方程式の陽解法のための自動チューニングフレームワーク (2012)
  • Author(s): 村主崇行
  • Organizer: GTC Japan
  • Place of Presentation: 東京ミッドタウンホール＆カンファレンス、東京都
  • Invited
• [Remarks] 多様な配列変数へのアクセスをまとめて書ける関数
  • URL: https://github.com/nushio3/zipWithN
• [Remarks] 物理次元付き計算をチェックするためのライブラリ
  • URL: https://github.com/goldfirere/units
• [Remarks] 汎用・手軽な最適化のためのライブラリ
  • URL: https://github.com/nushio3/cmaes
• [Remarks] 論文の記述を支援するHaskellライブラリ
  • URL: https://github.com/nushio3/authoring
• [Remarks] 偏微分方程式の陽解法の自動生成のためのライブラリ
  • URL: http://hackage.haskell.org/package/Paraiso
• [Remarks] 並列プログラムの自動生成・自動チューニングフレームワーク
  • URL: http://hackage.haskell.org/package/Paraiso
• [Remarks] 物理的知識のHaskellによる表現
  • URL: https://github.com/nushio3/physics-inhaskell
• [Remarks] 汎用最適化アルゴリズムCMA-ESのHaskellラッパ
  • URL: http://hackage.haskell.org/package/cmaes
• [Remarks] Haskellにおける動的オブジェクト
  • URL: http://hackage.haskell.org/package/dynamic-object
• [Remarks] N個のコンテナ型コンストラクタに対する可変長引数関数適用の一般的な表現
  • URL: https://github.com/nushio3/zipWithN