超多重並列計算機による核融合プラズマシミュレーション

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03044157
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 佐藤 哲也 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション・研究センター, センター長教授 (80025395)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): J U Brackbil ロスアラモス国立研究所, 主任研究員 ; V Decyk カリフォルニア大学ロサンジェルス校, 主任研究員 ; F Troyon ローザンヌプラズマ物理研究所, 所長 ; C Dum マックスプランク研究所, 主任研究員 ; J C Adam パリ総合技術大学, 計算機センター長 ; B A Carreras オークリッジ国立研究所, 主任研究員 ; 上村 鉄雄 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション・研究センター, 教授 (20023731) ; 岡本 正雄 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (70115541) ; 内田 豊 東京大学, 理学部, 教授 (90012814) ; 高丸 尚教 核融合科学研究所理論, シミュレーション・研究センター, 助手 (20241234) ; 渡邉 國彦 核融合科学研究所理論, シミュレーション・研究センター, 助教授 (40220876) ; 田中 基彦 核融合科学研究所理論, シミュレーション・研究センター, 助教授 (80167501) ; 堀内 利得 核融合科学研究所理論, シミュレーション・研究センター, 助教授 (00229220) ; 林 隆也 核融合科学研究所理論, シミュレーション・研究センター, 助教授 (60156445)
• Keywords: 並列計算機 / 核融合プラズマ / シミュレーション / 演算素子 / 結合方式 / プログラム言語 / アルゴリズム / データ転送

Research Abstract

3名をヨーロッパに派遣し,1名を米国に派遣する事によって,現時点での並列計算機のハードウェア・ソフトウェア両面にわたる計算機アーキテクチャについての調査・検討,及び,様々なアーキテクチャのもとでの実際のプログラムのアルゴリズム構成に関する共同研究を行うとともに,現在,国際基準化を模索しつつある並列計算機を念頭においたプログラム言語,FORTRAN90についての調査も行った。
この結果,(1)最近開発された並列計算機においては,演算素子間のデータ転送速度が,これまでに比べ10〜40倍に向上されており,しかも各演算素子が入出力専用のcpuを備えることによって,演算素子間のデータ転送速度が必ずしも深刻な問題とはならなくなった。(2)このことより,演算素子の結合方式として,これまでのデータ転送速度を意識した複雑な方式をとる必要がなくなり,単純な格子型が工学的にみて有効であると判明した。また,フーリエ変換等の結合方式に依存した全く新しいアルゴリズム構成を考案する必要のあるとされた計算に対しても,比較的簡単な計算アルゴリズムを用いることにより実行可能となることも明かとなった。(3)しかしなガら,粒子シミュレーションに関しては,1ステップの計算で集配すべき粒子データ量が多いため,転送時間・バンク競合等の依然として解決すべき深刻な問題が残っており,実際の計算に用いるには,今後も新しいアルゴリズムの開発を行っていく必要がある。(4)新しいプログラム言語であるFORTRAN90については,境界が重要な役割を果たす核融合プラズマシミュレーションでは,文法上の例外的表現が多すぎるため,今後,プラズマシミュレーション研究者の関与が重要になると考えられる。

Research Products

• [Publications] Y.Uchida: "A Magnetohydrodynamic Model for Herbig-Haro Objects:Magnetically Guided Shocked Flows Associated with Optical Jets from Young Stellar Objects" Publications of the Astronomy Society of Japan. 44. 245-263 (1992)
• [Publications] N.Nakajima: "Neoclassical Flow,Current,and Rotation in General Toroidal Systems" Journal of The Physical Society of Japan. 61. 833-843 (1992)
• [Publications] N.Nakajima: "Physical Mechanism of Eφ-Driven Current in Asymmetric Toroidal Systems" 核融合研究. 68. 503-510 (1992)
• [Publications] N.Nakajima: "High-n Helicity-Induced Shear Alfven Eigenmodes" The Physics of Fluids B. 4. 1115-1121 (1992)
• [Publications] A.Kageyama: "A global simulation of the magnetosphere with a long tail:no interplanetary magnetic field" Journal of Geophysical Research. 97. 3929-3943 (1992)
• [Publications] S.Murakami: "Macroscale particle simulation of externally driven magnetic reconnection" Journal of The Physical Society of Japan. 61. 849-862 (1992)
• [Publications] N.Nakajima: "On Relation Between Hamada and Boozer Magnetic Coordinates Systems" 核融合研究. 68. 395-403 (1992)
• [Publications] N.Nakajima: "Effects of Fast Ions and an External Inductive Electric Field on the Neoclassical Parallel Flow,Current,and Rotation in General Toroidal Systems" 核融合研究. 68. 46-57 (1992)
• [Publications] T.Hayashi: "Magnetic surface breaking in three dimensional 1=2 Heriotron/Torsatron equilibria" The Physics of Fluids B. 4. 1539-1546 (1992)
• [Publications] T.Hayashi: "Field Line Diversion Properties of Finite-β Helias Equilibria" Japanese Journal of Applied Physics. 31. 2580-2584 (1992)
• [Publications] R.Horiuchi: "Simulation study of stepwise relaxation in a spheromak plasma" The Physics of Fluids B. 4. 672-682 (1992)
• [Publications] K.Watanabe: "Global Simulation of Magnetic Substorms" Plama Physics and Controlled Fusion. 34. 2031-2037 (1992)
• [Publications] S.V.Bazdenkov: "On a Ballistic Method for Double Layer Regeneration in a Vlasov-Poisson PLasma" The Physics of Fluids B. 5. (1993)
• [Publications] Y.Todo: "Behavior of Jets from Young Objects in Large-Scalc Interstellar Magnetic Fields:MHD Model of Herbig-Haro Objects In 2.5-D Simulations" Publications of the Astronomy Society of Japan. 44. 227-243 (1992)
• [Publications] 佐藤 哲也: "物理学最前線31" 共立出版, 69 (1993)
• [Publications] 佐藤 哲也: "プラズマ物理学におけるコンピュータ・シミュレーション" 培風館, 17 (1992)