専用並列計算機による「場の物理」の研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08NP0101
• 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 電気通信大学, 情報工学科, 教授 (90217696)
• Keywords: 並列計算機 / 場の物理 / 疑似ベクトル機能 / 計算物理学 / ハイパークロスバ- / 並列アルゴリズム / 格子QCD / リンパック・ベンチマーク

Research Abstract

平成7年度に製作・組立を完了した1024個の演算要素から構成され,最高速度307GFLOPSの超並列計算機CP-PACSを調整・性能評価を行った後,物理学,特に格子量子色力学の本格的な計算を開始した。さらに,そこで得られた知見及びバグ対策経験を基に,平成8年8月から,演算要素を2048個,最高性能を614GFLOPSに倍増する作業を開始し,9月に組み立て設置が完了した。この超並列計算機を用いてリンパック・ベンチマークの性能測定を行い,実効速度として,368.2GFLOPSを達成した。この測定結果は米国ピッツバーグで開催された国際会議ス-パコンピューティング96で報告されたトップ500の第1位に登録された。10月よりこの超並列計算機を用いて物理学研究のための稼働を開始した。格子量子色力学のクエンチ近似を呼ばれる近似の中での精密計算を実行した。さらに,近似なしの計算の予備計算を実行した。これらの結果は,平成9年3月中旬に計算物理学研究センターで開催された国際会議で報告され,当該分野での従来の結果を飛躍的に向上させた結果として非常な注目を浴びた。宇宙物理学,物性物理学の分野でも,プログラム開発,性能測定は終了し,予備的な結果をすでに得ており,得られた結果はこれからの本格的な計算に向け有望である。以下に詳細を述べる。
超並列計算機CP-PACSの調整・性能向上として以下の項目を実行した。
1)演算プロセッサ
電圧・周波数マージンの不足チップの交換
2)ノード間ネットワーク
一斉データ転送時のDC電源電圧の変動対策
3)NIA(ネットワーク・インターフェース・アダプター)
電圧・周波数マージンの不足チップの交換
4)分散ディスク
入出力性能向上のためコトールウエアの改良
5)オペレーティング・システム
OSのメモリ常駐使用量の削減
フラグメンテーション対策
6)コンパイラー
擬似ベクトル化適用範囲拡大・性能向上
7)通信関数
既存通信関数の性能評価・性能向上
新規通信関数(ソフトウエア・ブロードキャスト関数・RDMAチェイン関数)の実装
計算機の環境条件として,空調機・電源設備に関して,床下空気流の吹き出し・室内温湿度の調整,空調機負荷分散を実施,負荷合計約420KVAを確認した。
システム障害発生時,及び停電・火災等の障害発生時の対応体制などの技術的問題を検討,対応策を定めた。
上記の諸問題の解決を図るのと並行して,超並列計算機CP-PACSの種々の性能測定を行い,最終的に設計とおりの性能が発揮されることを確認した。
1)演算プロセッサ
基本ベクトル演算の大規模計算に対して,擬似ベクトル機構によって高性能が実測された。特に,キャッシュモードと比較し,ベクトル長が長い時に,決定的に性能差が出ることを測定した。
2)ネットワーク性能
ピーク性能が1秒間に300MBYTESであり,立ち上がりのハードウエア・ソフトウエアのオーバーヘッドは約3マイクロセカンドという高性能を実測した。
これらの基本的性能とともに,前述のとおり,性能測定の世界的な標準となっているリンパック・ベンチマークの実行性能として,368.2GFLOPSを達成した。さらに,格子量子色力学のプログラムを開発し,その性能を測定した。核となる部分はアセンブラコードを用いてプログラムを書き,1プロセッサあたり,191MFLOPSという高性能を実現した。
1024個の演算要素から構成されるCP-PACSが完成した時から,格子量子色力学の本格計算を開始した。まず,クエンチ近似と呼ばれる近似のもとで,今まで世界中で行われたことのない高精度の計算を行い,ハドロンと総称される素粒子の質量・崩壊定数を導出した。さらに,近似を含まないフルQCDにおいて,ハミルトニアンに相当する作用を型を改善したものを用いて計算を開始し,ハドロン質量・クォーク間ポテンシャルに関して非常に有望な結果を得た。前述のとおり,これらの結果は平成9年3月に開催された国際研究集会において報告された。また,宇宙物理学においては,輻射効果を取り入れた銀河形成・星形成のプログラムが完成し,物性物理学においても第1原理計算のテストランがすでに終わり,本格的な計算にとりかかる段階である。

Research Products

• [Publications] S.Aoki: "Heavy-light matrix elements with the Wilson quark action" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 47. 433-436 (1996)
• [Publications] S.Aoki: "Analysis of hadron propagators with one thousand configurations on a \24^3＼times64\ lattice at \＼beta=6.0\" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 47. 354-357 (1996)
• [Publications] S.Aoki: "Toward precision measurement of \B_K\ with quenched Kogut-Susskind quarks" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 47. 465-598 (1996)
• [Publications] K.Kanaya: "Finite temperature phase transition in QCD with strange quark:study with Wilson fermions on the lattice" proceedings of international RCNP workshop on color confinement and hadrons,Confinement 95(eds.H.Toki et al.,World Scientific,Singapour),. 119-126 (1996)
• [Publications] K.Kanaya: "QCD phase transition with two flavors of Wilson quarks using a RG improved action" Prog.Theor.Phys.Suppl.122. 115-122 (1996)
• [Publications] K.Kanaya: "Finite temperature QCD on the lattice" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 47. 144-159 (1996)
• [Publications] K.Kanaya: "Simulations of the finite temperature QCD phase transition on the lattice" proceedings of International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies in the Universe,Jan.18--20,1996,Atami,Japan(eds.(1996)
• [Publications] Y.Iwasaki: "Hadron masses and decay constants with Wilson quarks at \＼beta=5.85\ and 6.0" Phys.Rev.D. 53. 6443-6464 (1996)
• [Publications] S.Aoki: "On the phase structure of QCD with Wilson fermions" Prog.Theor.Phys.Suppl.122. 179-186 (1996)
• [Publications] S.Aoki: "Fate of the critical line and chiral transition in finite temperature QCD with the Wilson quark action" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 47. 511-514 (1996)
• [Publications] S.Aoki: "Finite-temperature phase structure of lattice QCD with Wilson quark action" Phys.Rev.Lett.76. 873-876 (1996)
• [Publications] S.Aoki: "Perturbative study for domain wall fermions in (4+1)-dimensions" Phys.Rev.D. 54. 3471-3487 (1996)
• [Publications] S.Aoki: "Domain-wall fermions with U(1)dynamical gauge fields" Phys.Rev.D. 53. 5058-5068 (1996)
• [Publications] T.Yoshi: "Benchmark test of CP-PACS for lattice QCD" Prog.Theor.Phys.Suppl.122. 8-24 (1996)
• [Publications] Y.Iwasaki: "QCD phase transition with strange quark in Wilson formalism for fermions" Z.Phys.C71. 343-346 (1996)
• [Publications] Y.Iwasaki: "Finite temperature QCD with Wilson quarks:A study with a renormalization group improved action" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 47. 515-518 (1996)
• [Publications] Y.Iwasaki: "Finite temperature transition in lattice QCD with Wilson quarks--- chiral transitions and the influence of the strange quark---" Phys.Rev.D. 54. 7010-7031 (1996)
• [Publications] Y.Iwasaki: "Chiral phase transition in lattice QCD with Wilson quarks" Z.Phys.C71. 337-341 (1996)
• [Publications] M.Umemura: "Cosmological Accretion Disks driven by Radiation Drag" Basic Physics of Accretion Disk. 203-208 (1996)
• [Publications] M.Umemura: "Radiation Hydrodynamics on a Massively Parallel Supercomputer" Numerical Astrophysics Using Supercmmputers,ed.Kohji Tomisaka. 2-7 (1996)
• [Publications] S.Mineshige: "Self-Similar,Self-Gravitating Viscous Disk" Astrophysical Journal Letters. 469. L49-L51 (1996)
• [Publications] S.Sasaki: "Reionization of the Universe due to Early-Formed Massive Black Holes" Ap.J.462. 104-109 (1996)
• [Publications] T.Tsuribe: "Rapid Mass Accretion by Background Radiation Force" Basic Physics of Accretion Disk. 215-216 (1996)
• [Publications] T.Tsuribe: "Radiation-Hydrodynamical Evolution of the Cosmological Accretion Disks" Cosmological Constant and the Evolution of the Universe. 307-308 (1996)
• [Publications] T.Tsuribe: "Radiation-Hydrodynamical Evolution of the Cosmological Accretion Disks" Numerical Astrophysics Using Supercomputers,ed.Kohji Tomisaka. 8-10 (1996)
• [Publications] A.Murata: "The MDX(Multi-Dimensional X'bar):A Class of Networks for Large Scale Multiprocessors" IEICE Trans.on Information and Systems. E79-D. 1116-1123 (1996)
• [Publications] A.Murata: "The MDX(Multi-Dimensional X'bar):A class of networks for large scale multiprocessors" Proceeding of 9th ISCA International Conference on Parallel and Distributed Computign System(PDCS96). 296-303 (1996)
• [Publications] Andrew Sohn: "Measuring the Capability of Overlapping Computation with Communication for Distributed-Memory Multiprocessors" Proc.PACT'96. 133-138 (1996)
• [Publications] K.Wada: "Reducing Communication Overhead in Parallel Logic Simulation" Proc.of the IASTED International Conference. CD-ROM. (1996)
• [Publications] Kazuaki Okamoto: "Multithread Execution Mechanisms on RICA-1 for Massively Parallel Computers" Proc.PACT'96. 116-121 (1996)
• [Publications] Moritoshi Yasunaga: "SOM(Self-Organizing Map)Implemented by Wafer Scale Integration" IEEE Proc.of International Conference on Innovative Systems on Silicon. 323-329 (1996)
• [Publications] Moritoshi Yasunaga: "Performance Evaluation of Neural Network Hardware Using Time-Shared Bus and Integer Representation Architecture" E79-D. 888-896 (1996)
• [Publications] Moritoshi Yasunaga: "Fault-tolerance evaluation of SOM(Self-Organizing Map)using a neuro-computer:MY-NEUPOWER" Proc.of International Conference on Neural Processing. 2. 1395-1399 (1996)
• [Publications] Takashi Yokota: "hMDCE:The Hierarchical Multidimensional Directed Cycles Ensemble Network" 電子情報通信学会欧文誌. J79-D-I. 1099-1106 (1996)
• [Publications] Takashi Yokota: "A High-Performance Router Design for the Massively Parallel Computer RWC--1" Proc.Hot Interconnects IV. 1-12 (1996)
• [Publications] Yuetsu Kodama: "Message-based Efficient Remote Memory Access on a Highly Prallel Computer EM-X" 電子情報通信学会欧文誌. J79-D-I. 1065-1071 (1996)
• [Publications] 岡本 一晃: "超並列計算機におけるマルチスレッド処理機構と基本性能" 情報処理学会論文誌. 37. 2398-2407 (1996)
• [Publications] 佐藤 三久: "細粒度通信機構をもつ並列計算機EM-Xによる疎行列問題の並列処理" Proc.JSPP96. 315-322 (1996)
• [Publications] 三島 正博: "並列計算機の仮想性能評価システムVIPPS" 情報処理学会研究報告. HPC-96-62. 27-32 (1996)
• [Publications] 松原 正純: "超並列計算機CP-PACSにおけるPVMの実装" 情報処理学会研究報告. ARC-96-11. 13-18 (1996)
• [Publications] 森本 貴之: "方式レベル記述言語AIDLを用いた高性能プロセッサ設計支援" 情報処理学会研究報告. ARC-96-12. 57-64 (1996)
• [Publications] 曽根 猛: "CP-PACSパイロットモデルにおけるLINPACKベンチマークの高速化" 情報処理学会研究報告,1996年3月. ARC-96-11. (1996)
• [Publications] 曽根 猛: "ハイパクロスバ・ネットワークにおけるVirtual Channelの動的選択による適応ルーティング" 情報処理学会論文誌. 37. 1409-1418 (1996)
• [Publications] 村上 祥基: "VHDLによるハイパクロスバ網用ル-タ・チップの設計" 情報処理学会研究報告. ARC-96-12. 17-24 (1996)
• [Publications] 中井 央: "LR属性文法に基づいたインクリメンタルな属性評価" 情報処理学会論文誌. 37. 2254-2265 (1996)
• [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,1996年3月. 37. 371-383 (1996)
• [Publications] 中田 育男: "初期のコンパイラの開発と最適化" 夏のプログラミングシンポジウム「コンピューティングの歴史」報告集. 55-62 (1996)
• [Publications] 中澤 喜三郎: "計算物理学研究用並列計算機:CP-PACS" 応用数理. 6. 17-28 (1996)
• [Publications] 長野 徹: "ロボット巡航モデルにおける進化と頑健性" 人工知能学会並列人工知能研究会,1996年2月. SIG-PPAI. (1996)
• [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,1996年2月. SIG-PPAI. (1996)
• [Publications] 板倉 憲一: "超並列計算機CP-PACSのCGベンチマークによる性能評価" 情報処理学会研究報告. HPC-96-63. 31-36 (1996)
• [Publications] 廣野 哲: "擬似ベクトルプロセッサにおける高速リストベクトル処理" 情報処理学会論文誌. 37. 1850-1858 (1996)
• [Publications] 秡川 友宏: "スライドウインドウを考慮したレジスタ割付" 日本ソフトウェア科学会第13回大会論文集. 201-204 (1996)
• [Publications] A.Ukawa: "Finite temperature QCD on the lattice" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 106-119 (1997)
• [Publications] S.Aoki: "Topics in light hadron mass spectrum in quenched QCD" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 209-211 (1997)
• [Publications] S.Aoki: "\B_K\ with the Wilson quark action:A non-perturbative resolution of operator mixing using chiral Ward identities" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 349-351 (1997)
• [Publications] S.Aoki: "Toward the continuum limit of \B_K\ with the quenched Kogut-Susskind quark action" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 341-344 (1997)
• [Publications] S.Aoki: "Continuum limit of the heavy-light decay constant with the quenched Wilson quark action" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 355-357 (1997)
• [Publications] S.Aoki: "Domain-wall fermions with U(1)dynamical gauge fields in (4+1)-dimensions" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 635-637 (1997)
• [Publications] S.Aoki: "Finite temperature phase structure of lattice QCD with the Wilson quark for two and four flavors" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 438-441 (1997)
• [Publications] Y.Aoki: "Four-dimensional simulation of the hot electroweak phase transition with the SU(2)gauge-Higgs model" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 609-611 (1997)
• [Publications] Y.Iwasaki: "Status of the CP-PACS project" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 1007-1009 (1997)
• [Publications] Y.Iwasaki: "The CP-PACS Parallel Computer Project" Proceedings of International Conference of Multi-Scale Phenomena and Their Simulation,World Scientific. (1997)
• [Publications] Y.Iwasaki: "The CP-PACS Project and Computational Physics" Proceedings of International Symposium on Parallel Computing in Engineering and Science,Science and Technology Agency. (1997)
• [Publications] Y.Iwasaki: "Scaling of chiral order parameter in two-flavor QCD" Phys.Rev.Lett.78. 179-182 (1997)
• [Publications] Y.Iwasaki: "Phase structure of QCD for general number of flavors" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 449-455 (1997)
• [Publications] Y.Iwasaki: "Scaling of the critical temperature and quark potential with a renormalization group improved SU(3)gauge action" Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.). 53. 429-431 (1997)
• [Publications] E.Turner: "Very Strong Microlensing of Distant Luminous Stars by Relic Massive Black Holes" Astrophysical Journal. 483. (1997)
• [Publications] M.Umemura: "輻射流体力学による宇宙物理" 日本流体力学会誌「ながれ」. 15. 457-461 (1997)
• [Publications] M.Umemura: "Radiative Avalanche:Starburst Induced Fuelling to AGNs" Astrophysical Journal Letters. 479. (1997)
• [Publications] S.Mineshige: "Self-Similar Collapse of Self-Gravitating Viscous Disk" Astrophysical Journal. 480. (1997)
• [Publications] T.Boku: "The Architecture of Massively Parallel Processor CP-PACS" Proceedings of 2nd Aizu International Symposium on Parallel Algorithms/Architecture Synthesis (pAs'97). (1997)
• [Publications] T.Morimoto: "Advanced Processor Design Using Hardware Description Language AIDL" Proceedings of Asia and South Pacific Design Automation Conference 1997(ASP-DAC'97). 387-390 (1997)