専用並列計算機による「場の物理」の研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07NP0401
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 岩崎 洋一 筑波大学, 物理学系, 教授 (50027348)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡瀬 芳行 高エネルギー物理学研究所データ処理センター, 教授 (70018662) ; 中田 育男 筑波大学, 電子・情報工学系, 教授 (70133022) ; 宇川 彰 筑波大学, 物理学系, 教授 (10143538) ; 星野 力 筑波大学, 構造工学系, 教授 (30027130) ; 中澤 喜三郎 筑波大学, 電子・情報工学系, 教授 (90217696)
• Keywords: 並列計算機 / 場の物理 / 疑似ベクトル機能 / RISC / ハイパークロスバ- / 並列アルゴリズム / 格子QCD / Tera FLOPS

Research Abstract

平成6年度までの研究成果に基づき,最高速度600GFLOPSを目標に超並列計算機のハードウエア及びソフトウエアの開発を行い、1024PU(Processing Unit)構成のCP-PACSを3月中に組立、設置し、稼働を開始する予定である.これと共に,物理学計算のプログラム開発を行った。
以下に詳細を述べる。
以下に詳細を述べる。
1)パイロットモデルの問題点の整理
既に設置稼働しているパイロットモデル(PILOT-1)上で種々のプログラムを実行し,問題点を整理した.
2)CP-PACSの実装、データ転送、運用等の検討
1024PU構成の場合,及び,2048PU構成に拡張した場合のCP-PACSの実装構造,設置面積,消費電力,発熱量について検討した.現在の計算機室に,2048PU構成のCP-PACSが設置可能であることを確認した.
・リモートDMA転送のインタフェース
PU間のデータ転送を高速に行うためのリモートDMA転送機構を,Fortran及びC言語から呼び出して使用するための手続きの仕様について詳細を検討した.CP-PACSが持つ分散ディスクの入出力能力について検討した.ディスク制御の改良により,典型的なQCD計算において,分散ディスク入出力に要する時間は悪目に見積もっても全体の実行時間の20%弱程度となる見込みである.
・CP-PACS外部入出力
CP-PACSの分散ディスクとフロント計算機システムの外部補助記憶装置との間の,HIPPIチャネルを介した入出力に関して検討した.その結果,当初目標としていた50MB/secのスループットを確保できる見通しがついた.
・CP-PACSの運用
CP-PACSの運用について,ジョブのクラスと投入方法,ユーザファイルの運用方法,セキュリティを中心に検討し,一応の成案を得た.
・パフォーマンスモニタ
CP-PACSの稼働状況をリアルタイムでワークステーションに表示するパフォーマンスモニタについて検討した.
3)デバッグ用試作機を用いた性能評価
CP-PACSの試作機などを用いて,QCD計算の主要部の性能予備検討を行った.これまで予想していた性能とほぼ同じ性能を達成できることがわかった.
4)CP-PACS開発の進行状況
・ハードウェア関係
擬似ベクトル処理機構を持ったプロセッサ用VLSIチップおよび,周辺の関連したVLSIチップと一緒に実装したセラミックモジュール,これらを搭載するボード,筺体,電源などの実装設計の製造,テストが終了した.小規模構成(16PU+8IOU)のPILOT-2(仮設置)が2月17日より試用されている.また,CP-PACS本体(1024PU+64IOU)も2月下旬に設置,順次システムの確認が行なわれる予定である.
・ソフトウェア関係
言語処理系,OSカーネル,ネットワーク通信用ライブラリの設計開発が進行中である.CP-PACSの持つ処理能力を引き出すために必要不可欠な,擬似ベクトルの処理機構を持ったプロセッサ用の最適化コンパイラ,リモートDMA転送を実現するライブラリ,分散ディスクおよび外部補助記憶装置の入出力制御,の開発はほぼ終了しており,これらは稼働予定のCP-PACSに実装される予定である.これと平行し物理学計算のプログラムの開発を行っている.

Research Products

• [Publications] Y. Iwasaki: "Phase diagram of QCD at finite temperatures with Wilson fermions" Nucl. Phys. B (Proc. Suppl. ). 42. 96-102 (1995)
• [Publications] K. Kanaya: "Critical exponents of a three dimensional O (4) spin model" Phys. Rev. D. 51. 2404-2410 (1995)
• [Publications] Y. Iwasaki: "Chiral phase transition in lattice QCD with Wilson quarks" Z. Phys. C (to be published). (1996)
• [Publications] Y. Iwasaki: "Hadron masses and decay constants with Wilson quarks at β=5.85 and 6.0" Phys. Rev. D. (to be published).
• [Publications] K. Kanaya: "Finite temperature QCD on the lattice" Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.)(to be published). 47. (1996)
• [Publications] A. Ukawa: "Status of the CP-PACS Project" Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.). 42. 194-200 (1995)
• [Publications] M. Fukugita: "Lattice QCD Solution to the U (1) Problem" Phys. Rev. D. 51. 3952-3954 (1995)
• [Publications] M. Fukugita: "Fermion mass in the Wilson-Yukawa approach for chiral Yukawa theory" Phys. Rev. D. 52. 3003-3023 (1995)
• [Publications] S. Aoki: "Manifestaion of Sea Quark Effects in the Strong Coupling Constant in Lattice QCD" Phys. Rev. Lett.74. 22-25 (1995)
• [Publications] M. Fukugita: "Proton spin structure in lattice QCD" Phys. Rev. Lett.75. 2092-2095 (1995)
• [Publications] S. Aoki: "Phase structure of lattice QCD with Wilson quark action" Phys. Rev. Lett.76. 873-876 (1996)
• [Publications] S. Aoki: "Kaplan-Narayanan-Neuberger Lattice Fermion Pass a Perturbative Test" Phys. Rev. D. 51. 3790-3802 (1995)
• [Publications] S. Aoki: "Heavy-light matrix elements with the Wilson quark action" Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.)(to be published). 47. (1996)
• [Publications] T. Tsuribe: "Self-Similar Spherical Accretion via External Radiation Drag" Publ. Astron. Soc. Japan. 47. 73-79 (1995)
• [Publications] A. Takahashi: "Dynamical Stability of Cosmological Accretioin Disks Embedded in External Radiation Fields" Publ. Astron. Soc. Japan. 47. 425-428 (1995)
• [Publications] J. Fukue: "Accretion Disks driven by External Radiation Drag around Central Luminous Sources" Publ. Astron. Soc. Japan. 47. 429-437 (1995)
• [Publications] 岩崎洋一: "計算物理学とCP-PACS計画" 情報処理. 11-17 (1996)
• [Publications] 中澤喜三郎: "超並列計算機CP-PACSのソフトウエア" 情報処理. 18-28 (1996)
• [Publications] 中田育男: "超並列計算機CP-PACSのアーキテクチャ" 情報処理. 29-37 (1996)
• [Publications] 青木慎也: "超並列計算機CP-PACSの計算物理学分野における実効性能の予測" 情報処理. 38-42 (1996)
• [Publications] Y. Toquenaga,: "Egrets of a feather flock together" Artificial Life. 1. 391-411 (1995)
• [Publications] 土田将弘: "ロボット巡航進化における中立遺伝子の発現" 人工知能学会並列人工知能研究会SIG-PPAI. (1995)
• [Publications] 下平文彦: "統計データ解析の並列処理" 計算機統計学. 8. 15-26 (1995)
• [Publications] 朴 泰祐: "ハイパクロスバ・ネットワークにおける転送性能向上のための手段とその評価" 情報処理学会論文誌. 6. 1610-1618 (1995)
• [Publications] T. Boku: "INSPIRE : A General Purpose Network Simulator Generating System for Massively Parallel Processors" Proc. of 1995 Intern'l Workshop on Computer Performance Measurement and Analysis. 46. 24-33 (1995)
• [Publications] K. Itakura: "Preliminary Performance Evaluation of NAS Parallel Benchmarks on CP-PACS" Proc. of 1995 Intern'l Workshop on Computer Performance Measurement and Analysis. 46. 68-77 (1995)
• [Publications] 浦田卓治: "マルチスレッド処理におけるキャッシュ構成方式の検討" 情報処理学会第51回全国大会. 4P-3. (1995)
• [Publications] 山崎浩太: "SFLを用いたsuperscalarおよびVLIWプロセッサの設計とその比較" 第7回パルテノン研究会. 11-18 (1995)
• [Publications] 中川裕之: "拡張1パス型属性文法によるコンパイラ生成系の実現" 情報処理学会論文誌. 36. 902-912 (1995)
• [Publications] 山下義行: "ソフトウェア・パイプライニングにおける多重ループの最適化" 並列処理シンポジウムJSPP'95. 185-192 (1995)
• [Publications] 中田育男: "正規右辺属性文法の一提案" 情報処理学会論文誌. 36. 1415-1421 (1995)
• [Publications] 中井央: "インクリメンタルなLR構文解析の一方式の提案とその評価" 情報処理学会論文誌. 37. 371-383 (1996)
• [Publications] 安永守利: "WSIを用いた自己組織化マップのフォールトトレランス" 電子情報通信学会論文誌 78-D-1. 12. 960-971 (1995)
• [Publications] Moritoshi Yasunaga: "A Digital Neural Network Hardware based on SIMD (Single Instruction Multiple Data) Architecture and Its Acceleration-Ratio Evaluation" The 5th International Symposium on Bio-electronic and Molecular Electronic Devices. 257-258 (1995)
• [Publications] Taishi Nakamoto: "Growth of Protoplanetary Disks around Young Stellar Objects" Ap. J. 445. 330-336 (1995)
• [Publications] 中澤喜三郎: "計算機アーキテクチャと構成方式" 朝倉書店, 570 (1995)
• [Publications] 星野 力: "誰がどうやってコンピュータを創ったのか?" 共立出版, 158 (1995)
• [Publications] 中田育男: "コンパイラ" オーム社, 193 (1995)